第十三章 其它常用零部件

1、第十三章 其它常用零部件聯(lián)軸器和離合器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件，主要用于聯(lián)接兩軸，使其一同旋轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，有時(shí)也可用作安全裝置。聯(lián)軸器和離合器不同之處是：用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸是不能脫開的，只有在機(jī)械停車時(shí)才能將聯(lián)接拆開，使兩軸分離。離合器可以根據(jù)工作需要，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)隨時(shí)使兩軸脫開或結(jié)合，而不必停車。a) b) c) d)圖13-1 軸線的相對位移聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造和安裝誤差以及承載后變形和熱變形等影響往往不能保證嚴(yán)格的對中，兩軸將會(huì)產(chǎn)生某種形式的相對位移誤差，如圖13-1所示，圖a)為軸向位移誤差，圖b)為徑向位移誤差，圖c)為角位移誤差，圖d)為綜合位移誤差。這就要

2、求聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上具有補(bǔ)償能力。第一節(jié) 聯(lián)軸器一、聯(lián)軸器的分類a） b）圖13-2 凸緣聯(lián)軸器根據(jù)工作性能，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器又有固定式和可移動(dòng)式兩種。固定式剛性聯(lián)軸器構(gòu)造簡單，但要求被聯(lián)接的兩軸嚴(yán)格對中，而且在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不得有任何的相對移動(dòng)?？梢苿?dòng)式剛性聯(lián)軸器則可補(bǔ)償兩軸在工作中發(fā)生的一定限度的相對移動(dòng)。彈性聯(lián)軸器中有彈性元件，所以具有緩沖、吸振的功能和適應(yīng)軸線偏移的能力。二、常用聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1.凸緣聯(lián)軸器如圖13-2所示，凸緣聯(lián)軸器由兩個(gè)帶凸緣的半聯(lián)軸器用螺栓聯(lián)接而成。半聯(lián)軸器用鍵與兩軸相聯(lián)接。圖 a）所示為兩半聯(lián)軸器用鉸制孔螺栓聯(lián)接，靠孔與螺栓對中，拆裝

3、方便，傳遞轉(zhuǎn)矩大。圖b）所示的兩半聯(lián)軸器靠凸榫對中，用普通螺栓聯(lián)接，對中精度高，但裝拆時(shí)，軸必須作軸向移動(dòng)。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，但不能補(bǔ)償兩軸線的相對位移，也不能緩沖減振，故只適用于兩軸能嚴(yán)格對中、載荷平穩(wěn)的場合。2.套筒聯(lián)軸器如圖13-3所示，套筒聯(lián)軸器利用套筒將兩軸套接，然后用鍵或銷將套筒和軸聯(lián)接。圖13-4 滑塊聯(lián)軸器圖13-3 套筒聯(lián)軸器其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，徑向尺寸小，但兩軸線要求嚴(yán)格對中，裝拆時(shí)必須做軸向移動(dòng)，適用于工作平穩(wěn)、啟動(dòng)頻繁的傳動(dòng)中。3.滑塊聯(lián)軸器圖13-4所示滑塊聯(lián)軸器由兩個(gè)帶有凹槽的半聯(lián)軸器1、3和兩面帶有凸塊的中間盤2組成，半聯(lián)軸器1、3

4、分別與主、從動(dòng)軸聯(lián)接成一體，實(shí)現(xiàn)兩軸的聯(lián)接，凸塊與凹槽相互嵌合并作相對移動(dòng)可補(bǔ)償徑向偏移。該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小。中間盤用尼龍做成，可減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)中間盤偏心產(chǎn)生的離心力并起緩沖作用。適用于兩軸徑向偏移較大、低速無沖擊的場合。4.十字軸萬向聯(lián)軸器圖13-7 彈性套柱銷聯(lián)軸器圖13-5 萬向聯(lián)軸器 圖13-6 雙萬向聯(lián)軸器如圖13-5所示，十字軸萬向聯(lián)軸器由兩個(gè)叉形接頭1、3和一個(gè)十字軸2組成。它利用叉形接頭與十字軸之間構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，使被聯(lián)接的兩軸線能成任意角度，一般可達(dá)35°45°。當(dāng)十字軸萬向聯(lián)軸器單個(gè)使用、主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸作變角速度回轉(zhuǎn)，造成在傳動(dòng)中產(chǎn)生

5、附加動(dòng)載荷。為此，常將十字軸萬向聯(lián)軸器成對使用，如圖13-6所示。要獲得等角速度效果，在安裝時(shí)各軸的相互位置必須滿足：主、從動(dòng)軸與中間軸夾角相等，即13；中間軸兩端的叉形平面必須位于同一平面內(nèi)。應(yīng)該注意到，這樣安裝后雖然獲得輸入軸和輸出軸的等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，但中間傳軸2仍然是不等角速度的。5.彈性套柱銷聯(lián)軸器如圖13-7所示，彈性套柱銷聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，不同之處是用帶有彈性套的柱銷代替了螺栓聯(lián)接，可利用彈性套的變形補(bǔ)償兩軸間的位移，緩沖和吸振。它制造簡單，裝拆方便，適用于正反轉(zhuǎn)或起動(dòng)頻繁、載荷平穩(wěn)、中小轉(zhuǎn)矩的軸的聯(lián)接。為便于更換易損件彈性套，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留一定的拆卸空間B。圖13-8彈性柱

6、銷聯(lián)軸器6.彈性柱銷聯(lián)軸器 如圖13-8所示，彈性柱銷聯(lián)軸器利用彈性柱銷，如尼龍柱銷，將兩半聯(lián)軸器聯(lián)接在一起，柱銷形狀一端為柱形，另一端制成腰鼓形，以增大角度位移的補(bǔ)償能力。為防柱銷脫落，柱銷兩端裝有擋板。彈性柱銷聯(lián)軸器適用于啟動(dòng)及換向頻繁，轉(zhuǎn)矩較大的中、低速軸的聯(lián)接。三、聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器大多已標(biāo)準(zhǔn)化，選用時(shí)先根據(jù)工作條件確定合適的類型，再按轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速選擇聯(lián)軸器的型號，必要時(shí)再校核其承載能力。1.聯(lián)軸器類型的選擇根據(jù)工作載荷的大小和性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、兩軸相對偏移的大小、裝拆維護(hù)等方面的因素，結(jié)合各類聯(lián)軸器的性能，選擇合適的類型。例如，兩軸的對中要求高，軸的剛度又大時(shí)，可選用套筒聯(lián)軸器或凸

7、緣聯(lián)軸器；載荷不平穩(wěn)，兩軸對中困難，軸的剛度較差時(shí)，可選彈性柱銷聯(lián)軸器；兩軸相交時(shí)，則選用萬向聯(lián)軸器等。2.聯(lián)軸器的型號選擇根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸的直徑和轉(zhuǎn)速，從標(biāo)準(zhǔn)中選擇聯(lián)軸器的型號和相關(guān)尺寸。計(jì)算轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算Tc = KT (13-1) 式中：K為工作情況系數(shù)，見表13-1；T為聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)矩。所選型號的聯(lián)軸器應(yīng)使計(jì)算轉(zhuǎn)矩不超過聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩Tn，工作轉(zhuǎn)速不超過許用轉(zhuǎn)速n，聯(lián)軸器的孔徑、長度與相聯(lián)接兩軸的相關(guān)參數(shù)協(xié)調(diào)一致。聯(lián)軸器軸孔和鍵槽形式見有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。表13-1 工作情況系數(shù)K原動(dòng)機(jī)工 作 機(jī) 械K電動(dòng)機(jī)帶運(yùn)輸機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的金屬切削機(jī)床鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、螺旋運(yùn)

8、輸機(jī)、離心泵、木工機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的金屬切削機(jī)床往復(fù)式泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、球磨機(jī)、破碎機(jī)、沖剪機(jī)起重機(jī)、升降機(jī)、軋鋼機(jī)1.251.51.52.01.52.02.03.03.04.0渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)、離心泵、鼓風(fēng)機(jī)1.21.5往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)離心泵往復(fù)式工作機(jī)1.52.03445例13-1 功率P30KW，轉(zhuǎn)速n1470 r/min的電動(dòng)起重機(jī)中，聯(lián)接直徑d48mm，長L84mm的電機(jī)軸，試選擇聯(lián)軸器的型號。解：1）選擇聯(lián)軸器類型。因起重機(jī)載荷不平穩(wěn)，傳遞轉(zhuǎn)矩也大，為緩沖和吸振，選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器。2）選擇聯(lián)軸器型號。工作轉(zhuǎn)矩T9550·9550×195 N·m查表13-

9、1得工作情況系數(shù)K3.5，由式（13-1）得計(jì)算轉(zhuǎn)矩TcKT3.5×195682.5 N·m按計(jì)算轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和軸徑，由GB/T432384中選用TL8聯(lián)軸器，主、從動(dòng)端均為J1型軸孔，A型鍵槽，標(biāo)記為：TL8聯(lián)軸器 48×112 GB/T432384。查得有關(guān)數(shù)據(jù)：額定轉(zhuǎn)矩Tn710 N·m，許用轉(zhuǎn)速 n2400 r/min，軸徑4555mm，滿足TcTn、nn，適用。第二節(jié) 離合器一、離合器的功用和分類離合器可根據(jù)需要方便的使兩軸接合或分離，以滿足機(jī)器變速、換向、空載起動(dòng)、過載保護(hù)等方面的要求。對離合器的基本要求是：接合平穩(wěn)，分離迅速；工作可靠，操縱靈

10、活、省力；調(diào)節(jié)和維護(hù)方便。按控制方法的不同，可分為操縱離合器、自動(dòng)離合器兩大類。二、常用離合器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1.牙嵌式離合器圖13-9牙嵌式離合器 圖13-10 牙形如圖13-9所示，牙嵌式離合器由兩個(gè)端面上有牙的半離合器1、2組成，一個(gè)半離合器固定在主動(dòng)軸上，另一個(gè)半離合器用導(dǎo)鍵或花鍵與從動(dòng)軸聯(lián)接，并通過操縱機(jī)構(gòu)使其作軸向移動(dòng)，從而起到離合作用。為了對中，在主動(dòng)軸的半離合器上固定有對中環(huán)3，從動(dòng)軸可在對中環(huán)中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器的操縱可以通過手動(dòng)杠桿、液壓、氣動(dòng)或電磁的吸力等方式進(jìn)行。牙嵌式離合器的牙形如圖13-10所示。三角形牙易接合，強(qiáng)度低，用于傳遞小轉(zhuǎn)矩的低速離合器；梯形牙（圖a）強(qiáng)度高，牙

11、磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，沖擊小，應(yīng)用廣；鋸齒形牙（圖b）能傳遞較大轉(zhuǎn)矩，但僅能單向工作；矩形牙（圖c）不易接合和分離，接合時(shí)沖擊較大，牙的強(qiáng)度低，磨損后無法補(bǔ)償，故僅用于低速傳動(dòng)。牙嵌式離合器的牙數(shù)一般取360。圖13-11 單片摩擦離合器2.摩擦離合器摩擦離合器依靠摩擦盤接觸面間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。按結(jié)構(gòu)形式不同，可分為圓盤式、圓錐式、塊式、帶式等類型。與牙嵌式離合器相比較，它的傳動(dòng)平穩(wěn)，聯(lián)接不受轉(zhuǎn)速的限制，可以保護(hù)機(jī)械不致因過載而損壞，應(yīng)用廣泛。 圖13-12 多片圓盤摩擦離合器圓盤式摩擦離合器又分為單片式和多片式兩種，如圖13-11所示單片式摩擦離合器由摩擦圓盤1、2和滑環(huán)4組成。圓盤1與

12、主動(dòng)軸聯(lián)接，圓盤2通過導(dǎo)向鍵3與從動(dòng)軸聯(lián)接并可在軸上移動(dòng)。操縱滑環(huán)4可使兩圓盤接合或分離。軸向力使兩摩擦盤壓緊時(shí)，主動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩就通過兩盤接觸面上的摩擦力傳到了從動(dòng)軸上。單片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)簡單，但能傳遞的轉(zhuǎn)矩小，徑向尺寸大。圖13-13超越離合器如圖13-12所示多片式摩擦離合器由內(nèi)摩擦片組3和外摩擦片組2組成。外摩擦片靠外齒與外轂1上的凹槽構(gòu)成類似花鍵的聯(lián)接，外轂1用平鍵固聯(lián)在主動(dòng)軸上。內(nèi)摩擦片靠內(nèi)齒與內(nèi)轂4上的凹槽構(gòu)成動(dòng)聯(lián)接，內(nèi)轂用平鍵或花鍵與從動(dòng)軸聯(lián)接。借助操縱機(jī)構(gòu)向左移動(dòng)錐套6，使壓板5壓緊交替放置的內(nèi)外摩擦片使兩軸結(jié)合；當(dāng)錐套向右移動(dòng)時(shí)，壓緊力消失，兩軸分離。多片式摩擦離合器由于摩

13、擦面多，故傳遞轉(zhuǎn)矩大，徑向尺寸小。但散熱不好，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。3.超越離合器超越離合器又稱為定向離合器，是一種自動(dòng)離合器。如圖13-13所示，超越離合器的星輪1與主動(dòng)軸相聯(lián)，并順時(shí)針回轉(zhuǎn)，滾柱3受摩擦力作用滾向狹窄部位被楔緊，外圈2隨星輪1同向回轉(zhuǎn)，離合器接合。星輪1逆時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱3滾向?qū)挸ú课?，外?不與星輪同轉(zhuǎn)，離合器自動(dòng)分離，因而超越離合器只能傳遞單向的轉(zhuǎn)矩。若外圈和星輪分別作順時(shí)針同向回轉(zhuǎn)，則當(dāng)外圈轉(zhuǎn)速高于星輪轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器為分離狀態(tài)，外圈和星輪各以自己的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，互不相干。當(dāng)外圈轉(zhuǎn)速低于星輪轉(zhuǎn)速時(shí)，則離合器接合。外圈和星輪均可作為主動(dòng)件，但無論哪一個(gè)是主動(dòng)件，當(dāng)從動(dòng)件轉(zhuǎn)速超過主動(dòng)件

14、時(shí)，從動(dòng)件均不可能反過來驅(qū)動(dòng)主動(dòng)件。這種特性稱為超越作用。自行車后輪上的飛輪就是利用該原理做成的，使自行車下坡或腳不蹬踏時(shí)，鏈輪不轉(zhuǎn)，輪轂由于慣性仍按原轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)。滾柱一般為38個(gè)。超越離合器尺寸小，接合和分離平穩(wěn)，可用于高速傳動(dòng)。第三節(jié) 彈簧一、概述彈簧是機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的彈性零件。它在外載荷作用下，能夠產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)外載荷卸除時(shí)，則變形消失，彈簧恢復(fù)原狀。由于這種特有的性能實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能與變形能的相互轉(zhuǎn)換，故在各種機(jī)器和儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。彈簧的類型很多，見表13-2。彈簧的主要功用有：(1)緩沖，以改善被聯(lián)接件的工作平穩(wěn)性。如汽車、火車車廂下的彈簧，各種緩沖器的緩沖彈簧等。(2)復(fù)位

15、，以適應(yīng)被聯(lián)接件的工作位置變化。如內(nèi)燃機(jī)中的閥門彈簧，離合器中的控制彈簧等。(3)儲存能量，以提供被聯(lián)接件所需動(dòng)力。如鐘表彈簧、玩具中的彈簧。(4)測量載荷，以表明被聯(lián)接件所受外力的大小。如彈簧秤、測力器中的彈簧等。表13-2 彈簧的基本類型 按載 荷分按形狀分拉 伸 彈 簧壓 縮 彈 簧扭 轉(zhuǎn) 彈 簧彎 曲 彈 簧螺旋形圓柱形 錐形 其他形環(huán) 形 碟 形蝸 卷 形板 簧二、彈簧的材料及制造1.彈簧的材料彈簧在機(jī)器中起著重要的作用，它通常承受多變載荷和沖擊載荷，另外又要求有較大的變形。所以，彈簧材料應(yīng)具有較高的彈性極限、屈服極限和疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性、塑性和良好的淬透性。常用的彈簧材料有優(yōu)質(zhì)碳

16、素鋼、合金鋼、不銹鋼和銅合金等。碳素彈簧鋼絲的力學(xué)性能及許用應(yīng)力見表13-3。在選擇材料時(shí)，應(yīng)考慮彈簧的用途、重要性、工作條件、加工方法、熱處理和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素。還可參照現(xiàn)有設(shè)備中使用的彈簧，進(jìn)行類比分析，從而選出較為合適的材料。如碳素彈簧鋼的價(jià)格較低，強(qiáng)度高，性能好，廣泛應(yīng)用于受靜載荷和有限作用次數(shù)變載荷的小彈簧，常用的有2580號鋼；合金鋼強(qiáng)度高、彈性好、耐高溫，適用于尺寸較大及承受沖擊載荷的彈簧，常用的有65Si2MnA、50CrVA等；不銹鋼耐腐蝕、耐高溫，適用在腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧，常用的有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等。表13-3 碳素彈簧鋼絲材料的部分性能直徑/mm

17、1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0抗拉強(qiáng)度b/MPaB級1660147013701320132012201170117011301130C級1960171015701520147014201370137013201320D級230019101710162015701520許用剪應(yīng)力/MPa類壓縮彈簧：（0.300.38）b；拉伸彈簧：（0.240.30）b類壓縮彈簧：（0.380.45）b；拉伸彈簧：（0.300.36）b類壓縮彈簧：0.5b 拉伸彈簧：0.4b極限切應(yīng)力lim/MPa類載荷1.67；類載荷1.25；類載荷1.12剪切彈性模量G/MPa79000推薦

18、溫度范圍（）40130注：類為受載荷作用次數(shù)在106以上的彈簧；類為受載荷作用次數(shù)在103106及受沖擊載荷的彈簧；類為受載荷作用次數(shù)在103以下的彈簧。2.彈簧的制造螺旋彈簧的制造工藝包括：卷制、端部加工、熱處理、工藝試驗(yàn)和強(qiáng)壓處理等過程。 圖13-14圓柱形壓縮彈簧 圖13-15圓柱形拉伸彈簧彈簧的卷繞方法有冷卷和熱卷兩種，彈簧絲直徑小于810mm時(shí)用冷卷法；反之，則用熱卷法。冷卷是用已經(jīng)過熱處理的冷拉碳素彈簧鋼絲在常溫下卷繞，卷成后一般不再經(jīng)淬火和回火處理。為使載荷作用線與彈簧軸線趨于重合，彈簧端部需進(jìn)行加工，對于壓縮彈簧可將其端面磨平（圖13-14）；對于拉伸及扭轉(zhuǎn)彈簧，兩端應(yīng)制作拉鉤

19、或桿臂（圖13-15）。對重要的彈簧應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)，以檢查材料缺陷和熱處理效果。強(qiáng)壓處理或噴丸處理是為了提高彈簧的靜強(qiáng)度或承受動(dòng)載荷的疲勞強(qiáng)度。如：用超過彈簧材料彈性極限的載荷，將彈簧壓縮23次，使簧絲產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而提高彈簧的靜強(qiáng)度。經(jīng)過強(qiáng)壓處理和噴丸處理的彈簧不得再進(jìn)行熱處理。圖13-16 圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)三、圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸及特性曲線1.圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)見圖3-16所示，幾何尺寸計(jì)算公式見表13-4。2.圓柱螺旋彈簧的特性曲線彈簧所受載荷與其變形的關(guān)系曲線，稱為彈簧的特性曲線，是彈簧的類型選擇、試驗(yàn)及檢驗(yàn)的重要依據(jù)。 圖13-17壓縮彈簧特性曲線

20、圖 12-18拉伸彈簧的特性曲線(1)圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線。圖13-17所示為壓縮彈簧的特性曲線，自由高度為H0；最小工作載荷為F1，此時(shí)彈簧高度為H1，變形量為1；當(dāng)彈簧工作時(shí)，在最大工作載荷F2作用下，彈簧的高度被壓縮到H2，變形量為2工作行程hH1H221。Flim為彈簧極限載荷，相應(yīng)的彈簧高度為Hlim，變形量為lim。為保證彈簧的正常工作，應(yīng)使F20.8Flim。(2)圓柱螺旋拉伸彈簧的特性曲線。圖13-18所示為拉伸彈簧的特性曲線。按卷繞方式不同，拉伸彈簧分無預(yù)應(yīng)力和有預(yù)應(yīng)力兩種。前者的特性曲線與壓縮彈簧特性曲線相同（圖13-18b）；后者在無載荷狀態(tài)下各圈并緊而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。為克服預(yù)應(yīng)力所加的載荷即初拉力F0，當(dāng)外加載荷大于F0后，各圈才開始分離，彈