第10章 联轴器和离合器

第10章联轴器和离合器10.1联轴器10.2联轴器的选择与计算10.3离合器的主要结构型式被联两轴对中误差的四种典型情况Xy轴向位移径向位移角位移联轴器一般不能保证严格对中。设计联轴器的一个重要任务就是要使联轴器具有一定的适应相对位移的性能。10.1联轴器综合位移XyyX根据对各种相对位移有无补偿能力（能否在相对位移条件下保持联接的功能）联轴器可分为：无弹性元件挠性联轴器有弹性元件挠性联轴器凸缘式夹壳式套筒式十字滑块联轴器滑块联轴器十字轴式万向联轴器齿式联轴器滚子链联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器梅花形弹性联轴器轮胎式联轴器弹性阻尼簧片联轴器刚性联轴器（无补偿能力）挠性联轴器（有补偿能力）1.凸缘式联轴器缺点：对所联两轴的相对位移缺乏补偿能力。采用铰制孔螺栓联接采用普通螺栓联接10.1.1刚性联轴器由分装在两轴端的两个带凸缘的半联轴器和连接它们的螺栓组成。优点：结构简单，成本低，传递扭矩大。2.套筒式平键联接圆锥销联接紧定螺钉联接3.夹壳式联轴器10.1.2挠性联轴器1）十字滑块联轴器1.无弹性元件的挠性联轴器5）滚子链联轴器4）齿式联轴器3）十字轴式万向联轴器2）滑块联轴器1231.无弹性元件的挠性联轴器特点：因有挠性，故能补偿两轴的相对位移；因无弹性，故不能缓冲吸振1）十字滑块联轴器组成：两个半联轴器（1和3），一个中间盘（2）特点：（1）允许所联接的两轴有沿径向的相对位移凸榫凸榫凹槽中间盘（2）当被连接两轴有径向位移时，中间圆盘的凸榫在两半联轴器端的凹槽中滑动，同时中间圆盘做偏心回转。。适宜的工作场所：所联接的两轴有沿径向的相对位移，大扭矩，无冲击、低转速的工况。（3）主动轴作等速回转时，从动轴也作等速回转。但中间圆盘的圆心在以偏心距e为直径的圆周上作圆周运动，而且主动轴转一周，中间圆盘的圆心在直径为e的圆上转动两周。e2）滑块联轴器滑块联轴器与十字滑块联轴器的区别：中间滑块不同（1）外形不同（2）材料不同：滑块联轴器中间滑块常用夹布胶木或尼龙6，十字滑块联轴器中间滑块常用45钢。（3）极限转速不同：滑块联轴器中间滑块具有更高的极限转速（4）弹性不同：滑块联轴器中间滑块具有更大的弹性（5）润滑方式不同：加入石墨或二流化钼的尼龙6滑块联轴器中间滑块具有自润滑能力3）十字轴式万向联轴器单十字轴万向联轴器双十字轴万向联轴器单十字轴式万向联轴器组成：两个叉接头1、3；特点：允许两轴间有较大的夹角（可达到30°―45°）缺点：ω1≠ω3。主动轴1以匀角速度ω1转动时，从动轴3以变角速度ω3转动，因而传动中有附加动载荷产生。45213中间联接件2；销轴4和5。5123445双十字轴式万向联轴器为使ω1=ω3，须使o1轴与o3轴与中间轴间的夹角相等，且中间轴的两端的叉形接头应在同一平面上。4545o1o3o1o34）齿式联轴器4）齿式联轴器组成：特点：（1）外齿的齿顶为椭球面，传动时，套筒1可有轴向、径向及角位移。123456两个带外齿的内套筒1；轴端挡圈2；两个带内齿及凸缘的外套筒3；油孔及油孔螺钉4；密封圈6。螺栓5；特点：（1）外齿的齿顶为椭球面，传动时，套筒1可有轴向、径向及角位移；（2）所用齿轮的齿形为渐开线，啮合角为20°，齿数一般为30~80，材料用45钢或ZG310―570；（3）传递扭矩大，允许轴有较大的偏移量，安装精度要求不高，制造成本高。应用场所：重型机械中5）滚子链联轴器组成：双排链条2；两半联轴器1、4；两个带内齿机罩壳3。3142滚子链特点：结构简单、尺寸紧凑、装拆方便维修容易，价格低廉，有补偿和缓冲性能适用场所：中低速、水平轴、单向转动工况2.有弹性元件的挠性联轴器特点：可以补偿两轴间的相对位移，具有缓冲吸振的能力分类：非金属弹性元件挠性联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器梅花形弹性联轴器轮胎弹性联轴器金属弹性元件挠性联轴器弹性阻尼簧片联轴器膜片联轴器非金属弹性元件材料：橡胶、塑料等金属弹性元件材料：主要为各种弹簧按弹性元件材质分变刚度弹性元件：与T不成正比关系的弹性元件为变刚度的。定刚度弹性元件：联轴器在受工作扭矩T作用后，被联接两轴因弹性元件的变形而产生相应的扭转角,与T成正比关系的弹性元件为定刚度的。▲非金属材料的弹性元件都是变刚度的。▲金属材料的弹性元件则因结构的不同有变刚度和定刚度两种。▲变刚度的弹性元件缓冲性好。按刚度类型分定刚度弹性元件变刚度弹性元件1）弹性套柱销联轴器非金属弹性元件挠性联轴器弹性套材料常用耐油橡胶1）弹性套柱销联轴器凸缘式联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器与凸缘式联轴器的不同之处：弹性套柱销联轴器的联接件为带弹性套的柱销（挠性联轴器）凸缘式联轴器的联接件只有螺栓（刚性联轴器）特点及应用场所：制造容易，装拆方便，价格低廉，但弹性套易磨损，寿命较短。适用于载荷平稳、启动频繁、能正反转的传递中小转矩的轴。★有综合位移补偿能力。2）弹性柱销联轴器与弹性套柱销联轴器相比，该联轴器传动能力更强，缓冲性更好。但由于尼龙柱销对温度较敏感，故工作温度应限制在－20°~70°。尼龙柱销螺钉孔挡板★有综合位移补偿能力。3）梅花形弹性联轴器弹性件材料常用聚氨酯橡胶、铸型尼龙该联轴器是将梅花形弹性元件装卡在两半联轴器端面凸齿交错接触形成的齿侧空间中。在传动中，弹性梅花形元件起到缓冲吸振作用。工作温度：－30~80°传递扭矩：16~25000N.m有综合位移补偿能力半联轴器材料的选择参考所允许的外缘圆周速度而定。★当外缘允许的圆周速度在30~50m／s，选铸铁材料；★圆周速度在60m／s，选铸钢；★圆周速度在100m／s~120m／s，选锻钢。4）轮胎弹性联轴器1.弹性元件轮胎；41234.半联轴器。3.螺钉；2.内压板；优点：富有弹性，具有良好的消振能力，能有效地降低动载荷和补偿较大的轴向位移，绝缘性能好，运转无噪音。缺点：径向尺寸较大；当转矩大时，会因过大扭转变形而产生附加轴向载荷。★有综合位移补偿能力适用场所：潮湿、多尘、启动频繁、正反转多变、冲击载荷和有较大位移和角偏斜的场所。该种联轴器结构简单、重量轻、耐高温和低温、不需要润滑，具有良好的耐磨性和较高的疲劳强度，和良好的缓冲减震性能。适用于比较平稳的高速传动场所。膜片联轴器的弹性元件为若干片厚度很小的多边形或圆环形金属膜片叠合而成的膜片组。5）膜片联轴器膜片衬套垫片螺钉膜片组半联轴器膜片膜片膜片联轴器23141、4—主、从动半联轴器；2—连接螺栓；3—膜片组。10.2联轴器的选择与计算10.2.1联轴器的类型选择1.所需转矩的大小和性质及对缓冲减振功能的要求▲大功率重载荷传动可选齿式联轴器；▲有较大冲击载荷或要求消除轴系扭转振动时，优先选用具有弹性元件的挠性联轴器。2.所连接两轴轴线位置精度要求▲当被连接两轴的轴线位置精度要求较高时，可选用刚性联轴器；▲如果存在着不易消除的由于安装、制造、零件变形、磨损等原因引起的轴线位置偏差，应选用具有轴线位移和角偏斜补偿能力的挠性联轴器。▲当径向位移大时，应选用滑块联轴器;▲当角位移大时或相交两轴联接时应选用万向联轴器。4.联轴器的工作条件▲当工作环境中存在灰尘、气体、酸、碱等腐蚀性介质、工作温度较高或过低等影响，不宜采用具有橡胶弹性元件的挠性联轴器；▲需要润滑的联轴器，还要考虑润滑剂对环境的污染问题；3.连轴器工作转速高低影响对高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，如模块联轴器等，而不宜选用存有偏心的滑块联轴器。必要时需做动平衡计算。▲对噪声控制要求较高的场所，避免使用弹性柱销联轴器或齿式联轴器。5.联轴器的制造成本▲在满足使用功能要求的前提下，应选用结构简单、装拆和维护方便、制造成本低的联轴器。▲在具体选用时，不能盲目选择性能好、精度要求高、价格高的联轴器，应综合各方面的条件合理选用。▲刚性联轴器的制造、安装、维护方便简单，且成本低廉。计算联轴器的计算扭矩TKTAca确定联轴器的型号按照TTca的条件由联轴器标准中选择联轴器型号。1）根据标准初选联轴器（1）采用普通螺栓，应校核其拉伸强度。10.2.2.联轴器的计算1．凸缘联轴器的计算计算步骤2）连接螺栓的强度校核所受的预紧拉力F′为02FKTDZf拉伸强度校核条件为2143.1dFD0—螺栓的分布圆直径，单位：mm；Z—螺栓的个数；f—两半联轴器接合面摩擦系数；K—工作情况系数；T—联轴器所传递的转矩，单位：N·mm。（2）采用铰制孔螺栓的强度校核螺栓所受的横向剪力为ZDKT0s2F故螺栓杆的挤压强度为][min0pspLdF螺栓杆的剪切强度为20[]4sFd0min25.1dLLmin―螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm，设计时应使：D0—螺栓的分布圆直径，单位：mm；Z—螺栓的个数；f—两半联轴器接合面摩擦系数；K—工作情况系数；d0—螺栓剪切面的直径T—联轴器所传递的转矩，单位：N·mm。2.十字滑块联轴器的计算根据转矩平衡条件，得出十字滑块联轴器工作面间的最大压力及其强度条件为:P)dD(hKTD31306P其中：P0—工作面间的最大压力，单位：MPa；d1—为中间盘内径，单位：mm；D—为中间盘外径，单位：mm；h—为凸榫的工作高度，单位：mm；［P］—许用压力，单位：MPa;K—工作情况系数。3．弹性套柱销联轴器zdDKTPl28.000301.0128.02dlzDKTb在选用弹性柱销联轴器时，应对作用在弹性套单位面积上的压力和柱销的弯曲强度进行计算，假设载荷均匀分布在80%弹性套上，其计算公式为其中：Z—柱销数目；D0—柱销中心所在圆的直径；d—柱销直径；—柱销悬臂端长度；l—弹性套总长度；l［p］—许用压力，单位：MPa；［σb］—许用弯曲应力，［σb］=0.4σS，单位：MPa。zl5.20DKT305.12zdDKTPb4．梅花形弹性联轴器0022PKTDzdl梅花形弹性元件受到挤压作用，联轴器端面凸齿受剪切和弯曲。所能传递转矩的大小由弹性元件的挤压强度决定。D0—梅花瓣中心圆直径，单位：mm；d0—梅花瓣直径，单位：mm；—梅花瓣长度，单位：mm；Z—梅花瓣数（按1／2计算）；［σP］—许用挤压应力（见表10.3），单位：MPa。l004KTDdlzP5．轮胎式联轴器当承受转矩时，半联轴器凸缘和挡板夹持轮胎的部位是整个轮胎最薄弱的环节，因此，应验算靠近内挡板连接处的切应力轮胎挡板212KTD式中：D1—挡板的外径，单位：mm；δ—轮胎厚度，单位：mm；［τ］—许用切应力，单位：Mpa，取［τ］=0.45MPa。D1例10.1图示为用于轻型起重机的蜗杆减速器。已知减速器的传动效率η=0.8，传动比i=25；减速器输入轴端直径d1=35mm，通过联轴器与Y160L-6型电动机相连；输出轴端直径d2=95mm，通过联轴器与直径d3=95mm的卷筒轴相连。试选择输入轴和输出轴端的联轴器。（已知Y160L-6型电动机的功率P=11KW，转速n=970r/min，轴径d=42mm，轴外伸端长度L=110mm）图10.15解：1.选择联轴器的类型蜗杆轴转速低，转矩大，与卷筒轴的安装不易对中，输出端拟采用滚子链联轴器。考虑到起重机启动频繁，且在负载下启动，蜗杆轴工作时受热伸长量较大，输入端拟采用弹性套柱销联轴器；19550PTn2nni29550PTn2.选用连轴器型号蜗轮轴转速蜗轮轴名义转矩（1）计算名义转矩蜗杆轴名义转矩（2）确定计算转矩11caTKT起重机载荷经常变化，按中等冲击载荷考虑，取工作情况系数K=1.9则蜗杆轴计算转矩：119550108970Nm97038.8/min25r110.89550216638.8Nm1.9108205Nm22TcaKT1421123560J432384GB250nTNm3800/minnr1970/minnr蜗轮轴计算转矩（3）选择连轴器型号其公称转