机械设计基础电子教案18-20章

第18章联轴器、离合器联轴器18.1联轴器的安装与维护18.2离合器18.318.1联轴器联轴器只有在机器停转后将其拆开才使两轴分离；离合器在机器运转过程中可随时将两轴接合或分离。计算转矩按下式计算Tc=KA·T原动机工作机KA电动机胶带运输机、鼓风机、连续运转的金属切削机床链式运输机、刮板运输机、螺旋运输机、离心式泵、木工机床往复运动的金属切削机床往复式泵、往复式压缩机、球磨机、破碎机、冲剪机、锻锤机起重机、升降机、轧钢机、压延机1.25～1.51.5～2.01.5～2.52.0～3.03.0～4.0涡轮机发电机、离心泵、鼓风机1.2～1.5往复式发动机发电机离心泵往复式工作机，如压缩机、泵1.5～2.03～44～5表18-1工作情况系数KA图18-1两轴轴线的相对位移联轴器根据其是否包含弹性元件，可分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。刚性联轴器根据其是否具有补偿位移的能力，可分为固定式和可移式两种。弹性联轴器视其所具有弹性元件材料的不同，又可分为金属弹簧式和非金属弹性元件式两种。18.1.1联轴器的分类1．刚性联轴器（1）套筒联轴器（2）凸缘联轴器18.1.2常用联轴器的结构、特点及应用凸缘联轴器有两种对中方法：第一，靠铰制孔用螺栓对中［见图18-3(a)］；第二，靠一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上相应的凹槽相互嵌合而对中［见图18-3(b)］。后者对中的精度较高，但在装拆时，需将轴作轴向移动。前者没有这个缺点，工作时靠螺栓受剪切及与铰制孔的挤压来传递转矩，因而装拆方便，在相同的尺寸下，所传递的转矩要比后者大，但对中较困难。图18-3凸缘联轴器故凸缘联轴器适用于联接低速、大转矩、振动不大、刚性大的短轴。（1）滑块联轴器因滑块可在两半联轴器的凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的偏移。滑块联轴器的结构简单、尺寸紧凑，适用于小功率、高转速且无剧烈冲击处。2．可移式刚性联轴器图18-4滑块联轴器（2）齿式联轴器因此在重型机械中得到了广泛的应用。但它较笨重，制造困难、成本高。图18-5齿式联轴器（3）万向联轴器图18-6单万向联轴器图18-7双万向联轴器示意图图18-8双万向联轴器结构（1）弹性套柱销联轴器它适用于载荷平稳，正反转变化频繁，传递中、小转矩的场合，使用温度在−20℃～50℃。（2）弹性柱销联轴器它适用于轴向窜动较大，正反转变化频繁的场合，使用温度在−20℃～70℃之间。3．弹性联轴器图18-9弹性套柱销联轴器图18-10弹性柱销联轴器1．联轴器类型的选择根据机器的工作特点和要求，结合各类联轴器的性能，并参照同类机器的使用经验来选择联轴器的类型。18.1.3联轴器的选用当两轴的对中要求高、轴的刚度又大时，可选用套筒联轴器和凸缘联轴器；当两轴的对中困难或刚度较小时，则选用挠性联轴器；当所传递的载荷较大时，宜选用凸缘联轴器或齿轮联轴器；当轴的转速较高且有振动时，应选用弹性联轴器；当两轴相交时，则选用万向联轴器。联轴器的型号是根据所传递的转矩、轴的直径和转速，从标准中选用的。选择的型号应满足以下条件。2．联轴器型号的选择①计算转矩MTc应小于或等于所选型号的公称转矩MTn，即TcTnMM≤②转速n应小于或等于所选型号的许用转速[n]，即[]nn≤③轴的直径d应在所选型号的孔径范围之内，即minmaxddd≤≤18.2.1联轴器的对中要求在安装联轴器时，两根转轴可能出现不对中的情况。18.2联轴器的安装与维护联轴器联接类别允许误差1．两根转轴无轴向窜动2．两半联轴器同时旋转径向圆跳动量a端面圆跳动量b（最大值）（最大值）刚性与刚性0.040.03刚性与半挠性0.050.04挠性与挠性0.060.05齿轮式0.100.05弹簧式0.080.06表18-2联轴器安装对中允差值安装联轴器时，可以做一个简单的工装，用千分表进行测量找正，如图18-11所示。18.2.2联轴器的安装找正图18-11联轴器安装找正①安装中，一般都是先将两半联轴器分别安装在所要联接的两轴上，然后将主机找正，再移动、调整联接轴，以主机为基准，向主机旋转轴对中。通过测量两半联轴器在同时旋转中，径向和轴向相对位置的变化情况进行判定。18.2.3联轴器对中找正的注意事项②测量数值是否正确，可以用a1+a3=a2+a4，b1+b3=b2+b4等式是否成立进行判定。若等式两边的差值大于0.02mm，则说明测量工具安装的紧固性、工具架的刚性或者千分表出现了问题。应查找消除后再进行测量。③实际测量中，因位置所限使下方数值a、b无法直接测量时，则可用下式求得：a1=（a2+a4）−a3；b1=（b2+b4）−b3。①联轴器的安装误差应严格控制，通常要求安装误差不得大于许用补偿时的1/2。②注意检查所联接两轴运转后的对中情况，其相对位移不应大于许用补偿量。尽可能地减少相对位移量，可有效地延长被联接机械或联轴器的使用寿命。18.2.4联轴器的使用与维护③对有润滑要求的联轴器，如齿式联轴器等，要定期检查润滑油的油量、质量以及密封状况，必要时应予以补充或更换。④对于高速旋转机械上的联轴器，一般要经动平衡试验，并按标记组装。对其联接螺栓之间的重量差有严格地限制，不得任意更换。离合器主要用于在机器运转过程中随时将主、从动轴接合或分离。18.3.1离合器的分类18.3离合器1．牙嵌离合器牙嵌离合器（见图18-12）是由两个端面上有牙的半离合器组成。18.3.2常用离合器的类型及特点图18-12牙嵌离合器图18-13牙嵌离合器的牙形摩擦离合器靠接触面的摩擦力来传递转矩。2．摩擦离合器图18-14摩擦离合器安全离合器通常有三种类型：嵌合式、摩擦式和破断式。3．安全离合器图18-15牙嵌式安全离合器图18-16摩擦式安全离合器18.3.3离合器的使用与维护①应定期检查离合器操纵杆的行程，主、从动片之间的间隙，摩擦片的磨损程度，必要时予以调整或更换。②片式摩擦离合器工作时，不得有打滑或分离不彻底现象，否则，不仅将加速摩擦片磨损，降低使用寿命，引起离合器零件变形退火等，还可能导致其他事故，因此需经常检查。打滑的主要原因是作用在摩擦片上的正压力不足，摩擦表面粘有油污，摩擦片过分磨损及变形过大等；分离不彻底的主要原因有主、从动片之间分离间隙过小，主、从动片翘曲变形，回位弹簧失效等。应及时修理并排除。③定向离合器应密封严实，不得有漏油现象，否则会磨损过大，温度太高，损坏滚柱、星轮或外壳等。在运动中，如有异常声，应及时停机检查。第19章减速器和变速器减速器19.1变速器19.219.1减速器19.1.1减速器的组成和分类减速器主要由传动件、轴、轴承和箱体四部分组成。减速器类型很多，其分类方法一般有以下几种。①按传动件类型，可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器。②按传动比级数，可分为单级减速器和多级减速器。其中两级减速器按齿轮在箱体内的布置方式不同，又分为展开式、分流式、同轴线式和中心驱动式。③按轴在空间的相对位置，可分为卧式减速器和立式减速器。19.1.2常用减速器的类型、特点及应用19.2变速器19.2.1有级变速器1．塔轮变速器2．滑移齿轮变速器3．离合式齿轮变速器图19-1各式有级变速器19.2.2无级变速器1．滚轮——平盘式无级变速器2．钢球无级变速器3．菱锥无级变速器4．宽Ⅴ带无级变速器图19-2各式机械式无级变速器第20章弹簧概述20.1圆柱螺旋弹簧设计20.220.1概述20.1.1弹簧的功用与类型1．弹簧的功用弹簧的主要功用表现在以下几个方面。①缓冲和减振。如汽车、火车车厢下的减振弹簧，各种缓冲器的缓冲弹簧等。②控制机构的运动。如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。③储存及输出能量。如钟表弹簧、枪闩弹簧等。④测量力的大小。如弹簧秤、测力器中的弹簧等。2．弹簧的类型弹簧的主要类型、特点及应用见表20-1。类型承载方式简图特点及应用螺旋弹簧圆柱形弹簧压缩刚度稳定，结构简单，制造方便，应用最广拉伸扭转在各种装置中用于压紧、储能或传递转矩圆锥形弹簧压缩结构紧凑，稳定性好，刚度随载荷增大而增大，多用于载荷较大和需要减振的场合表20-1弹簧的主要类型、特点及应用类型承载方式简图特点及应用其他弹簧蝶形弹簧压缩刚度大，缓冲吸振能力强，适用于载荷很大而弹簧的轴向尺寸受到限制的场合，如常用作重型机械、大炮等的缓冲和减振弹簧环形弹簧压缩能吸收较多能量，有很高的缓冲和吸振能力，常用作重型车辆和飞机起落架等的缓冲弹簧盘簧扭转变形角大，能储存的能量大，轴向尺寸较小，多用于钟表、仪器中的储能弹簧板弹簧弯曲缓冲和减振性能好，主要用作汽车、拖拉机、火车车辆等悬挂装置中的缓冲和减振弹簧续表20.1.2弹簧的材料与制造1．弹簧的材料和许用应力材料许用剪应力[]/MPa剪切弹性模量G/MPa推荐使用温度/℃类别代号Ⅰ类弹簧Ⅱ类弹簧Ⅲ类弹簧碳素弹簧钢线ⅠⅡⅡⅢ0.3b0.4b0.5b80000-40～12065Mn42056070080000-40～120合金弹簧钢丝60Si2Mn48064080080000-40～20065Si2MnA57076095080000-40～25050CrVA45060075080000-40～210不锈钢丝1Cr18Ni933044055073000-250～3004Cr1345060075073000-40～300表20-2弹簧常用材料及许用剪应力2．弹簧的制造大量生产时，是在万能自动卷簧机上卷制；单位及小批生产时，则在普通车床或手工制作。弹簧丝直径小于或等于8mm时，常用冷卷法，卷前热处理，卷后要低温回火；直径大于8mm时，采用热卷（热卷温度800℃～1000℃）法，热卷后经淬火和中温火处理，弹簧成型后要进行表面检验，表面应光洁、无伤痕、无脱碳等缺陷。受变载荷的弹簧，还须经喷丸等表面处理，以提高弹簧的疲劳寿命。20.2圆柱螺旋弹簧设计20.2.1弹簧的端部结构图20-1压缩弹簧的端部结构图20-2拉伸弹簧的端部结构20.2.2弹簧的特性曲线、应力及变形1．弹簧的特性曲线2．弹簧的应力323P882πππ16DFTFDFCWddd28[]πFCKd≤3．弹簧的变形33488FDnFCnfGdGd43388GfdGfdnFDFC4．弹簧的刚度43488FGdGDkfDnCn20.2.3拉伸、压缩弹簧的基本参数和几何尺寸计算20.2.4弹簧的设计计算