第14章联轴器离合器

机械设计1第14章联轴器、离合器和制动器§14-0联轴器和离合器概述§14-1联轴器的种类和特性§14-5特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器§14-2联轴器的选择§14-3离合器§14-4安全联轴器及安全离合器§14-6制动器机械设计2作用：主要用于将两根轴连接在一起，使它们一起旋转，并传递扭矩，也可用作安全装置。▲联轴器——用于将两轴连接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两轴分离；▲离合器——在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向▲安全联轴器与离合器——机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏§14-0联轴器和离合器概述机械设计3▲特殊功用的联轴器与离合器——用于某些特殊要求处，如：在一定的回转方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等.联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑如下因素：传递转矩大小转速高低扭转刚度变化体积大小缓冲吸振能力机械设计4一、联轴器所连两轴的相对位移两轴线的相对位移:轴向、径向、角度、综合。由于制造、安装或工作时零件的变形等原因，被连接的两轴不一定度能精确对中，因此会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和角位移，或其组合。轴向xy径向α角度yαx综合制造误差安装误差受力变形被连接的两轴不能精确对中§14-1联轴器的种类和特性机械设计5二、联轴器与离合器的分类无弹性元件联轴器刚性联轴器联轴器套筒联轴器凸缘联轴器夹壳联轴器齿式联轴器十字滑块联轴器挠性联轴器有弹性元件联轴器滑块联轴器万向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联轴器膜片联轴器星形弹性联轴器下面将对各种联轴器作详细介绍机械设计6（一）刚性联轴器结构：用一个套筒通过键将两轴连接在一起。用紧定螺钉来实现轴向固定。型式半圆键普通平键特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振。应用：用于载荷较平稳的两轴连接。1.套筒联轴器套筒联轴器机械设计72.凸缘刚性联轴器结构：半联轴器通过键与轴相连，用螺栓将两个半联轴器的凸缘连接在一起。型式有对中榫的凸缘联轴器普通凸缘联轴器——靠铰制孔螺栓对中。——靠榫头对中。潘存云教授研制普通螺栓对中榫普通凸缘联轴器绞制孔螺栓机械设计8机械设计9制造与安装要求：半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直，安装时应使两轴精确对中。90˚材料：一般用铸铁当重载或V≥30m/s时，用铸钢或锻钢。特点：结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振。应用：用于载荷较平稳的两轴连接。机械设计10应用：用于低速传动轴，常用于垂直传动轴的连接。3.夹壳联轴器结构：将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生的预紧力使两夹壳与轴连接，并依靠键以及夹壳与轴表面之间的摩擦力来传递扭矩。有一个剖分式对中环。特点：无需沿轴向移动即可方便装拆，但不能连接直径不同的两轴，外形复杂且不易平衡，高速旋转时会产生离心力。机械设计11机械设计121.齿式联轴器功用：能补偿轴不对中和偏斜。α(二)无弹性元件联轴器潘存云教授研制结构：两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数相同，外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键连接，两外壳用螺栓连接。两端密封，空腔内储存润滑油。机械设计13优点：传递扭矩大、能补偿综合位移。缺点：结构笨重、造价高。应用：用于重型传动。机械设计14机械设计152.十字滑块联轴器结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。αy机械设计16优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。适用范围：α≤30˚,y≤0.04d，v≤300r/min3.滑块联轴器结构：与十字滑块联轴器结构相似，只是沟槽很宽，中间为不带凸牙的方形滑块，其材料为夹布胶木。工作特点：由于中间滑块质量小，且有弹性，故允许较高的极限转速。机械设计17优点：结构简单、尺寸紧凑。应用：适用于小功率，高转速而无剧烈冲击的场合。机械设计18机械设计194.万向联轴器作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、有夹角应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。α单万向联轴器机械设计20结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，α两轴平均传动比为1，但瞬时传动比是动态变化的。α=0~45˚轴间角为：ω1cosαω1cosα≤ω2≤机械设计21机械设计225、双万向铰链机构铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。安装要求：①主动、从动、中间三轴共面；②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；③中间轴两端的叉面应在同一平面内。ααC2αα121C为了消除从动轴变速转动的缺点，常将两个单万向机械设计23小型双万向联轴器结构如图所示，通常采用合金钢制造。A—A6.滚子链联轴器结构：利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同的并列链轮啮合来实现两半链轴器的连接。机械设计24特点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉。优点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、成本低廉，有一定的补偿性能和缓冲性能。缺点：因链条的套筒与链轮之间存在间隙，不适于逆向传动和启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。机械设计25机械设计261.弹性套柱销联轴器(三)有弹性元件联轴器结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销连接两个半联轴器。A预留安装空间以便与更换橡胶套预留间隙以补偿轴向位移。c圆柱孔圆锥孔机械设计27机械设计282.弹性柱销联轴器结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。结构简单、更换柱销方便。尼龙销挡板cc销与挡板之间留有间隙特点：上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。应用：适用于正反向变化多，启动频繁的高速轴。适用范围：-12˚≤t≤60˚，v≤8000r/min能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移。机械设计29机械设计303、轮胎式弹性联轴器结构：中间为橡胶制成的轮胎环，用止推垫板与半联轴器联接。特点：结构简单、易于变形。允许较大的综合位移。应用：适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、有较大轴向位移、潮湿多尘的场合。适用范围：5˚≤α≤12˚，x≤0.02Dy≤0.01D，n≤5000r/min轮胎环D止推垫板机械设计31机械设计324.梅花形弹性联轴器结构：半联轴器与轴的配合可以做成圆柱形或圆锥形，中间的弹性元件形状似梅花，故得名。选用不同硬度的聚胺酯橡胶、尼龙等材料制造。A—AAA工作温度：-35℃~+80℃,传递扭矩：T=16~25000N·M机械设计33机械设计345、膜片联轴器结构：弹性元件为多个环形金属薄片叠合而成的膜片组，膜片圆周上有若干个螺栓孔。用铰制孔螺栓交错间隔与半联轴器联接。机械设计35特点：结构简单、弹性元件的联接之间没有间隙，不需要润滑，维护方便、质量小、对环境的适应性强。但扭转减振性能差。应用：主要用于载荷平稳的高速传动。如直升机尾翼轴。机械设计36机械设计37潘存云教授研制应用范围：允许两轴的相对径向位移约为：0.2mm，偏角位移约为：1˚30′6.星形弹性联轴器结构：两个半联轴器上均制有凸牙，用橡胶等材料制成星形弹性元件，放置在两半联轴器的凸牙之间。工作时，星形弹性元件受压并传递扭矩。机械设计38机械设计39大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联轴器，不需要设计。转矩、转速、轴径、相对位移、工作环境、成本等(1)考虑传递转矩的大小、性质以及对缓冲减振要求§14-2联轴器的选择一、联轴器类型的选择原则确定型号与规格具体应考虑如下要求选用原则：机械设计40▲对大功率重载传动，宜选用齿轮联轴器▲严重冲击载荷或消除轴系扭转振动的传动，宜选用轮胎联轴器2.考虑工作转速的高低和引起离心力的大小对高速传动轴，宜选用平衡精度较高的膜片联轴器，不能选用存在偏心的滑块联轴器；▲安装调整两轴难以精确对中、或者工作中产生较大位移时，应选用挠性联轴器：3.两轴相对位移的大小和方向机械设计41▲径向位移较大时，使用滑块联轴器▲角位移较大，或两轴相交时，使用万向联轴器4.考虑可靠性和工作环境▲由金属制成的不需要润滑的联轴器工作比较可靠▲需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境▲含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀介质、强光等比较敏感，而且容易老化机械设计42在满足使用要求的前提下，压选择装拆方便、维护简单、成本低廉的联轴器。5.联轴器的制造、安装、维护和经济性▲刚性联轴器不仅结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动▲弹性联轴器具有较好的综合性能，广泛应用于一般的中、小传动6.安全性要求有安全保护要求的轴，应选用安全联轴器。二、计算联轴器的扭矩计算转矩Tca=KATKA为工作情况系数。T为公称扭矩。考虑可能出现起动时的动载与运转中的过载现象，按轴上的最大转矩机械设计43表14-1工作情况系数KA原动机(KA)发电机、小型通风机、小型离心机1.31.51.82.2透平压缩机、木工机械、输送机1.51.72.02.4搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机1.71.92.22.6织布机、水泥搅拌机、拖拉机1.92.12.42.8挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械2.32.52.83.2电动机多缸双缸单缸汽轮机内燃机内燃机内燃机工作机压延机、重型初轧机、无飞轮活塞泵3.13.33.64.0机械设计44三、确定联轴器的型号选型依据Tca≤[T]，由相关标准确定型号。四、校核最大转速n≤nmax六、规定部件相应的安装精度被连接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即五、协调轴孔直径被连接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可以不同，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范围内，形状也应满足相应要求。机械设计45七、进行必要的校核联轴器除了要满足转矩和转速的要求外，必要时还应对联轴器中的零件进行承载能力校核，如对非金属元件的许用温度校核等。选择联轴器的类型计算联轴器的计算转矩确定联轴器的型号协调轴孔直径校核最大转矩规定部件相应的安装精度进行必要的承载能力校核联轴器的选择流程联轴器允许轴的相对位移偏差是有一定范围的，因此，必须保证轴及相应部件的安装精度。机械设计46作用：在机器运转过程中，使两轴随时接合或分离；用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；§14-3离合器分类一、离合器的分类按其工作原理分机械离合器电磁离合器液压离合器气压离合器超越离合器离心离合器安全离合器牙嵌式摩擦式按离合控制方法分操纵式自动式按操纵方式分机械设计47二、对离合器的基本要求▲分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠▲结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高▲接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好▲操纵方便省力，制造容易，调整维修方便1.牙嵌式离合器结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。三、常用离合器简介机械设计48工作原理：利用操纵杆动滑环，实现两套筒的结合与分离。机械设计49牙型30˚~40˚2˚~8˚2˚~8˚60˚三角形梯形锯齿形—传递中小转矩、牙数为16~60——传递较大转矩、牙数为3~15梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。锯齿形只能单向工作。反转时具有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。制造要求：各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。机械设计50特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。材料：低碳合金钢：20Cr、20MnB。渗碳淬火后牙面硬度：56~62HRC;中碳合金钢：40Cr、45MnB。表面淬火后牙面硬度：48~58HRC;承载能力：取决于齿根的弯曲强度:D0ah机械设计5132.单片式圆盘摩擦离合器摩擦扭矩Tmax=FafRf结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环3