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第二十二章联轴器和离合器第二十二章联轴器和离合器一、联轴器二、离合器第一节联轴器及离合器的类型及其在汽车中的应用一、联轴器的类型和应用二、联轴器在汽车中的的应用第二节离合器的类型及其在汽车中的应用一、离合器的类型及应用二、离合器在汽车中的应用第二十二章联轴器和离合器一、联轴器联轴器和离合器是机械传动中的常用部件，其主要功用是用来联接轴与轴或轴与其它回转零件，以传递运动和转矩，有时也用来作为传动系统中的安全装置。联轴器只能在机器停止运转后才能将两轴接合或分离；离合器在机器运转过程中可随时将两轴接合或分离，以便操纵机械传动系统运转、停车、变速和换向等。图22-1所示卷扬机传动系统，电动机与减速器输入轴用联轴器相联，通过电动机与电源的接通或切断，可以控制减速器的运转或停车；由于工作需要，要求在电动机连续运转的情况下，卷扬机随时可以转动或停转，所以减速器输出轴与卷筒之间用离合器联接。用作安全装置的安全联轴器或安全离合器，其作用是：机器在运转过程中，如果转矩超过规定值，联轴器或离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不致因过载而损坏。联轴器所联接的两根轴通常是两台不同机器或两个不同部件。由于制造和安装误差以及承载后的变形和热变形影响，往往不能保证两轴线对中（两轴线重合），再加上其它原因造成机座的变形或下沉，两轴线将产生如图22-2所示的某种相对位移。因此，要求联轴器在结构上具有补偿一定范围位移的性能。联轴器根据其是否有弹性元件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偏移能力分为固定式和可移式两种。弹性联轴器根据其弹性元件材料的不同，又可分为金属弹性元件弹性联轴器和非金属弹性元件弹性联轴器两种。弹性联轴器除了能补偿两轴相对位移，降低对联轴器安装的精度和对中要求外，更重要的是能够缓和冲击，改变轴系的自振频率，避免发生严重的危险性振动。弹性联轴器利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的相对位移，因而可动元件之间的间隙小，特别适用于需要经常起动或逆转的传动。对弹性联轴器的主要要求有：⑴弹性高，阻尼大，具有足够的减振能力，把冲击和振动产生的振幅降低到允许的范围以内。⑵强度高，承载能力大，在有可能发生扭振或存在瞬时尖峰载荷的场合，要求联轴器的许用瞬时最大转矩为许用长期转矩的三倍以上。⑶具有足够的补偿性能，满足安装和工作时两轴发生相对位移的需要。⑷工作可靠，性能稳定；对橡胶弹性元件联轴器，橡胶弹性元件还应具有耐热性，不易老化等特性。二、离合器按接合元件传动的工作原理不同，离合器可分为嵌合式离合器和摩擦式离合器；按离合器的操纵方式不同，可分为机械式离合器，气压式离合器，液压式离合器和电磁式离合器。对离合器的主要要求有：⑴离合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠⑵接合元件耐磨性高，使用寿命长，散热条件好⑶惯性小，工作安全。⑷操纵方便，调整方便。联轴器和离合器的类型很多，其中大多数已标准化。下面介绍几种常用联轴器的结构和特点。第一节联轴器及离合器的类型及其在汽车中的应用一、联轴器的类型和应用1．固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器具有结构简单、成本低廉等优点。但不能补偿两轴线的偏移。因此，要求被联接两轴轴线严格同轴。下面介绍此类联轴器中较常用的凸缘联轴器。凸缘联轴器的两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴相联，再用螺栓把两个半联轴器联成一体（图22-3）。（看动画）凸缘联轴器有两种对中方法：一种是用半联轴器接合端面上的凸台与凹槽相嵌合来对中（图22-3a）；另一种是用铰制孔用螺栓对中（图22-3b）。前一种对中方法精度高，但两轴分离时必须移动轴；后者只要卸下螺栓，不需移动轴，即可使两轴分离，因此装卸方便。图22-3a所示联轴器传递转矩是靠两个半联轴器接合面间的摩擦力矩来传递的；图22-3b所示联轴器传递转矩是靠铰制螺栓光杆承受挤压和剪切力来传递的。凸缘联轴器结构简单，工作可靠，装拆方便，刚性好，传递矩大。但当两轴对中精度较低时，将引起较大的附加动载荷。适用于对中精度好的一般传动。制造精度高时，也可用于高速传动。凸缘联轴器的型号、许用转矩[T]、许用转速[n]及主要尺寸见国家标准GB5843－86。凸缘联轴器的材料有35、45钢或ZG310－570，当外缘圆周速度v≤30m/s时，可采用HT20灰铸铁。2．可移式刚性联轴器可移式刚性联轴器，可以补偿被联接两轴间的位移，常用的可移式刚性联轴器有以下几种：1）滑块联轴器滑块联轴器由两个带径向凹槽的半联轴器1、3和一个两面具有相互垂直的凸榫的中间滑块2所组成（图22-4），滑块2上的凸榫分别和两个半联轴器1、3的凹槽相嵌合，构成移动副，所以可以补偿两轴间的偏移。为了减少滑块和凹槽间工作面的摩擦，通过孔4加润滑剂。当转速较高时，滑块由于偏心将产生较大的离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。因此，滑块联轴器只适用于低速传动。（动画）滑块联轴器结构简单，制造方便，其尺寸系列和特性参数参见联轴器标准。滑块联轴器常用45钢制造，要求较低时也可用Q275钢。这种联轴器一般用于转矩较大、转速较低（n＜250r/min)，轴的刚度大，且无剧烈冲击的场合。2）万向联轴器万向联轴器的半联轴器由轴叉1（图22-5）、十字块2、塞销3、套筒4、销杆5、圆锥销6、双头轴叉7等组成。万向联轴器是一类容许两轴间有较大角位移的联轴器，适用于有较大角位移的两轴间的联接，一般两轴间的最大夹角可达35～45°，而且在运转过程中可以随时改变轴间的夹角。万向联轴器的类型较多，本章仅介绍小型十字轴式万向联轴器。(动画）单万向联轴器的主要缺点是两轴线倾斜一个α角度时（图22-5a）,即使主动轴角度ω1恒定不变，从动轴的角速ω2也会周期地变化，其变化规律和范围为ω1cosα≤ω2≤ω1/cosα。α愈大，ω2变化愈大，产生的附加动载荷也愈大，从而破坏了传动的平稳性。为了避免出现这一缺点，应采用如图22-5b所示的双万向联轴器，双头轴叉应位于同一平面，而且主、从动轴与双头轴叉的夹角α应当相等（图22-6）。万向联轴器结构紧凑，维护方便，传递力矩较大，广泛应用于汽车、拖拉机和金属切削机床中。万向联轴器的材料，除铆钉用20钢外，其余均用合金钢。小型十字轴式万向联轴器的主要尺寸和特性参数见有关资料。3．弹性联轴器1）弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器用柱销与两半联轴器的凸缘相联，柱销的下端以圆锥面和螺母与半联轴器凸缘上的锥形销孔形成固定配合，另一端带有弹性套装在另一半联轴器凸缘上的柱销孔中，通过柱销、弹性套和圆柱孔传递运动和转矩，半联轴器与轴的配合孔可做成圆柱形或圆锥形（图22-7）。图22-7所示的弹性套柱销联轴器中的弹性套外表带有梯形槽以便增加弹性变形量，由于弹性套外径小于销孔直径，从而具有补偿两轴相对位移的性能。（看动画）圆柱形弹性套变形量不大，抗冲击和振动能力不高，补偿两轴相对位移量小。如工作时两轴相对位移过大，联轴器运转条件将趋恶化，将加剧弹性套的磨损。弹性套的材料为天然橡胶或合成橡胶，弹性套柱销半联轴器的材料为ZG270－500、35钢或HT200灰铸铁。弹性套柱销联轴器的特点是结构简单，安装方便，更换容易，尺寸小，重量轻。如若安装调整后能保持两轴相对径向位移△y≤0.2～0.6mm，角位移△α≤30′～1°30′，则联轴器使用性能良好，工作寿命较长。这种联轴器广泛应用于冲击载荷不大，由电动机驱动的各种中小功率传动轴系中。2）弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器是由两个半联轴器和圆柱销组成的。圆柱销与孔为间隙配合，且柱销有弹性，所以能补偿两轴的相对位移，且具有抗冲击和振动性能。为了改善柱销与孔的接触条件和补偿位移性能，将圆柱销的一端做成鼓形（图22-8）。弹性柱销联轴器的许用径向位移△y=0.15～0.25mm，轴向位移△x=0.5～3mm，角位移△α=30′。弹性柱销联轴器的特点是结构简单，制造容易，装拆更换方便，不需润滑，且耐磨性较好。但尼龙极易吸潮变形，尺寸稳定性差，导热率低。（看动画）二、联轴器在汽车中的的应用在汽车中，常用的联轴器型式是万向联轴器。在转向系统，方向盘与转向器间的联接，由于两轴中心线不可能重合，总是有很大的交角，所以，通常是用双万向联轴器；同样变速器与驱动桥间也存在着很大的交叉角度，因此其传动轴上通常是三个万向节。第二节离合器的类型及其在汽车中的应用一、离合器的类型及应用1．牙嵌离合器图22-9所示的牙嵌离合器由两个端面有牙的半离合器1、2和对中环3等组成。由于牙的啮合为刚性接触，为了保持牙的工作面受载均匀，要求两轴同轴度较高，为此在主动半联轴器上安装对中环。（动画1动画2）牙嵌离合器的牙形如图22-10所示，三角形牙（图a、b）用于传递小转矩的低速离合器；矩形牙（图e）无轴向分力，但接合与分离不便，且磨损后无法补偿，所以很少使用；梯形牙（图c）的强度高，能传递较大转矩，且能自动补偿牙的磨损和牙侧间隙，从而减少接合时产生冲击，所以应用较广；锯齿形牙（图d）强度最高，但只传递单向转矩；图f所示牙形主要用于安全离合器。图g为牙形的纵向截面形状。牙嵌式离合器结构简单，外廓尺寸小，联接后两轴不会发生相对滑转，适用于机床等要求精确传动的场合。但这种离合器必须在两轴不回转或转速差很小时进行接合，否则，牙齿可能会因受撞击而折断。2．圆盘摩擦片离合器式中f为摩擦系数。由上式可以看出，单摩擦片式离合器传递的最大转矩Tmax受到Fa、f和FafRf三个因素的约制。为了提高圆盘摩擦离合器的承载能力而不致增大径向尺寸的最有效办法是增加接合面（摩擦面）数目z，即采用多摩擦片式离合器。圆盘摩擦片离合器：单摩擦片式、多摩擦片式。1）单片式摩擦离合器（看动画）图22-11为单摩擦片离合器简图，圆盘1用键固定在主动轴上，圆盘2可以沿键在从动轴上移动，操纵滑环3可使两盘接合（压紧）或分离。轴向Fa压紧两盘工作表面，当圆盘转动时，工作表面产生摩擦力矩以平衡主动轴输入转矩，从而达到传递运动和转矩的目的。设摩擦力合力作用在半径为Rf上，则单摩擦片式离合器能传递的最大转矩为Tmax=FafRf2）多摩擦片式离合器图22-12所示的多摩擦片式离合器有两组摩擦片，外摩擦片组5（图22-13）以其外齿插入主动轴1的离合器壳体2内缘的纵向槽中，摩擦片的孔壁则不与任何零件接触，所以摩擦片组5可随轴1一起转动，且可在轴向力作用下作轴向移动。另一组内摩片组6（图22-12b）以其孔壁凹槽（花键槽）与从动轴3上套筒4的凸齿联接，但外缘不与任何零件接触，所以内摩擦片组6可随轴3一起转动，还可作轴向移动。此外在套筒4上开有三个纵向槽，安装可绕销轴转动的曲壁压杆8，当滑环7向左移动时，螺母10可调节摩擦片之间的压力。内摩擦片可以作成碟形（图22-13c），当承受压力时，被压平与外摩擦片贴紧；放松时，由于弹力作用可以迅速与外摩擦片分离。(动画1动画2）二、离合器在汽车中的应用在汽车中，常用的离合器是单片或多片摩擦式离合器，主要功能是接合或切断变速器与驱动桥间的动力，以便于在运行过程中随时切换档位。但其结构上与上述摩擦式离合器有所不同。返回首页结束