機械設(shè)計基礎(chǔ)-第3版-教學(xué)課件-ppt-11-14-第十三章--聯(lián)軸器

1、第十三章 聯(lián)軸器、離合器和制動器概 述 聯(lián)軸器和離合器是用來連接兩軸（或軸與轉(zhuǎn)動件），并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的部件。 聯(lián)軸器：連接的兩軸只有在機器停車后，通過拆卸才能彼此分離。 離合器：連接的兩軸可在機器轉(zhuǎn)動過程中，隨時分離和接合。 制動器：對機械的運動件施加阻力或阻力矩，使其減速、停止或保持靜止?fàn)顟B(tài)的部件。 聯(lián)軸器、離合器和制動器大多已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時，只需根據(jù)工作要求從機械設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本中選用即可。卷揚機示意圖1電動機 2聯(lián)軸器 3減速器 4離合器 5卷筒 6制動器 聯(lián)軸器連接的主動軸和從動軸屬于兩個機器或部件，由于制造、安裝等誤差，相聯(lián)兩軸的軸線很難精確對中。 第一節(jié) 聯(lián)軸器一、聯(lián)軸器的組成

2、和分類 為保證軸的正常工作，應(yīng)選用不同類型的聯(lián)軸器以適應(yīng)和補償不同位移的要求。兩軸軸線的相對位移a)軸向位移x b)角度位移 c)徑向位移y d)綜合位移x、y、聯(lián)軸器由兩個半聯(lián)軸器及其連接件組成。二、剛性聯(lián)軸器 聯(lián)軸器大多已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計人員可根據(jù)實際工作條件和使用要求，查閱有關(guān)機械設(shè)計手冊選用。撓性聯(lián)軸器聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器無彈性元件的撓性聯(lián)軸器有彈性元件的撓性聯(lián)軸器 特點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格便宜，不具有緩沖減振、補償相對位移的能力。剛性固定式聯(lián)軸器中的元件全部由剛性零件組成。 應(yīng)用：載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不高，工作中軸線不會發(fā)生相對位移的兩軸連接。 1套筒聯(lián)軸器 套筒聯(lián)軸器由連接兩軸軸端的公用套

3、筒和連接套筒與軸的連接零件（鍵或銷）所組成。套筒聯(lián)軸器a)用圓錐銷連接 b)用平鍵和緊定螺釘連接 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、徑向尺寸小，可根據(jù)不同軸徑尺寸自行設(shè)計制造。 缺點：軸向尺寸較大，裝拆時相連的機器設(shè)備需作較大的軸向位移 應(yīng)用：傳遞轉(zhuǎn)矩較小、轉(zhuǎn)速較低，能軸向裝拆的場合。套筒聯(lián)軸器一般用于無軸肩的光軸，應(yīng)用較廣泛。 2凸緣聯(lián)軸器由分裝在軸端帶凸緣的兩半聯(lián)軸器和連接螺栓組成。 （1）用鉸制孔螺栓實現(xiàn)對中 裝拆方便，只需拆下螺栓即可?？柯菟ǖ募羟袀鬟f轉(zhuǎn)矩，聯(lián)軸器的尺寸較小。（2）用凸肩和凹槽相嵌合實現(xiàn)對中 對中精度較高，靠普通螺栓連接的預(yù)緊力在凸緣接觸表面產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。裝拆時需作軸向移動，故不

4、宜經(jīng)常拆卸。 凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，但不能緩沖減振，故適用于要求對中精度較高、載荷平穩(wěn)及轉(zhuǎn)速不高的場合。3夾殼聯(lián)軸器 夾殼聯(lián)軸器由兩個半筒形的夾殼1，3、安全罩2及一組連接螺栓組成。 夾殼聯(lián)軸器依靠殼與軸夾緊后產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，為了連接可靠，在聯(lián)軸器中一般仍裝有平鍵。這種聯(lián)軸器拆裝時不需移動軸，使用方便。 適用于低速、載荷平穩(wěn)的場合，通常外緣速度5m/s，否則需要進(jìn)行平衡校核。三、無彈性元件的撓性聯(lián)軸器 無彈性元件撓性聯(lián)軸器由剛性零件組成，不能緩沖減振，但具有補償相對位移的能力。它適用于基礎(chǔ)和機架剛性較差、工作中不能保證兩軸軸線對中的連接。1十字滑塊聯(lián)軸器 十字滑塊聯(lián)軸器由兩個

5、端面開有凹槽的半聯(lián)軸器1、3和一個兩側(cè)都有凸塊的中間圓盤2組成。 十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，徑向尺寸小，適合于兩軸線間相對徑向位移較大，傳遞轉(zhuǎn)矩較大及無沖擊的低速傳動場合。 結(jié)構(gòu)：與十字滑塊聯(lián)軸器相似，由兩個寬溝槽的半聯(lián)軸器及中間盤組成，中間盤改為方形滑塊。 2. 滑塊聯(lián)軸器 材料：滑塊為夾布膠木或尼龍6+石墨或二硫化鉬，具有彈性和自潤滑作用； 特點：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊；應(yīng)用：小功率、高轉(zhuǎn)速、無劇烈沖擊處。3齒式聯(lián)軸器 齒式聯(lián)軸器由兩個帶有外齒的半聯(lián)軸器1、2和兩個帶有內(nèi)齒的外殼3、4所組成。 兩半聯(lián)軸器的外齒齒面加工成鼓形，齒頂加工成橢球面，嚙合齒間有較大的頂隙和側(cè)隙，使齒輪聯(lián)軸器具

6、有良好的補償綜合位移的能力。 齒輪聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩較大，適用速度范圍廣，工作可靠，對安裝精度要求不高；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較大，制造較難，成本較高，故主要用于重型機械。4滾子鏈聯(lián)軸器 滾子鏈聯(lián)軸器由兩個帶有鏈輪的半聯(lián)軸器1、3和一條雙排或單排的滾子鏈2、以及安全罩4、5所組成。 滾子鏈聯(lián)軸器的潤滑對其性能有很大影響。轉(zhuǎn)速較低時應(yīng)定期涂潤滑脂，轉(zhuǎn)速高時更應(yīng)充分潤滑。 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，裝拆方便，徑向尺寸小，質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，效率高，工作可靠，使用壽命長，可以在惡劣環(huán)境下工作，具有位移補償能力和緩沖能力。鏈條與其相配件間存在間隙，不宜用于逆向傳動、起動頻繁的傳動和立軸傳動。同時由于受離心力的影響

7、也不宜用于高速傳動。5萬向聯(lián)軸器 萬向聯(lián)軸器有十字軸式、球籠式、球叉式、球銷式、球鉸式等結(jié)構(gòu)形式，十字軸式萬向聯(lián)軸器最常用。 萬向聯(lián)軸器由叉形接頭1、3，中間連接件2和軸銷4、5所組成。軸銷4與5相互垂直把兩個叉形接頭與中間連接件2連接。該聯(lián)軸器允許兩軸間有較大的夾角，最大可達(dá)350450 ，在機器轉(zhuǎn)動時，夾角發(fā)生改變?nèi)钥烧鲃印?萬向聯(lián)軸器的缺點：當(dāng)主動軸的角速度1為常數(shù)時，從動軸的角速度2不是常數(shù)，在（1cos21/cos）范圍內(nèi)作周期性變化，引起附加動載荷。為克服此缺點，十字軸式萬向聯(lián)軸器應(yīng)成對使用。 安裝時必須保證輸入軸、輸出軸與中間軸之間的夾角相等，中間軸兩端的叉形接頭應(yīng)在同一平面

8、內(nèi)。只有雙萬向聯(lián)軸器才能使主、從動軸角速度相等，避免動載荷的產(chǎn)生。 萬向聯(lián)軸器具有較大的角位移補償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，廣泛用于汽車、拖拉機和機床等機械傳動中。 兩半聯(lián)軸器間的載荷通過彈性元件傳遞，聯(lián)軸器不但可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的功能，故適用于高速和正反轉(zhuǎn)變化較多、起動頻繁的場合。四、有彈性元件的撓性聯(lián)軸器 制造彈性元件的材料有金屬和非金屬兩種。金屬材料制成的彈性元件（主要為各種彈簧）的特點是：強度高、尺寸小、承載能力大、壽命長、其性能受工作環(huán)境影響小等，但制造成本較高。非金屬材料（如橡膠、塑料等）制成的彈性元件的特點是：質(zhì)量輕、價格較低、緩沖或減振性能較好，但強度較

9、低、承載能力較小、易老化、壽命短，性能受環(huán)境條件影響較大等，故使用范圍受到一定限制。 1彈性套柱銷聯(lián)軸器 彈性套柱銷聯(lián)軸器有兩個帶凸緣的半聯(lián)軸器與主、從動軸相連，連接兩個半聯(lián)軸器的帶彈性套的柱銷。彈性套為橡膠，柱銷為45鋼，右邊圓柱部分與彈性套配合，左邊圓錐面用螺紋連接固定在半聯(lián)軸器凸緣上。 彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易于制造，能緩沖吸振；但彈性套工作時受擠壓產(chǎn)生的變形量不大，所以補償相對位移量有限，緩沖吸振性能不高；適用于正反轉(zhuǎn)，起動頻繁、載荷較平穩(wěn)和傳遞轉(zhuǎn)矩較小的場合。2彈性柱銷聯(lián)軸器彈性柱銷聯(lián)軸器由兩半聯(lián)軸器1、4和彈性柱銷2組成。 為防止柱銷滑出，在聯(lián)軸器外側(cè)用螺釘固定擋板3

10、。柱銷用尼龍制造，具有一定的彈性和耐磨性。柱銷形狀為圓柱形與鼓形的組合體；在載荷平穩(wěn)、安裝精度較高的情況下，也可采用整體為圓柱體的柱銷。 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，有緩沖減振作用，兩軸有少量的徑向位移和角位移，用于軸向竄動量較大、正反轉(zhuǎn)變化較多和起動頻繁的場合。尼龍銷對溫度較敏感，使用溫度應(yīng)控制在 20 +70范圍內(nèi)。3梅花形彈性聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器由兩個半聯(lián)軸器1、3和彈性體2組成。 彈性體根據(jù)使用要求選用不同硬度的聚氨酯橡膠、尼龍等材料制造。工作時，梅花形彈性體受壓縮并傳遞轉(zhuǎn)矩。 梅花形彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，耐磨性好，有補償兩軸相對位移的能力，緩沖減振性能好，適應(yīng)性強，傳遞轉(zhuǎn)

11、矩大，使用壽命長，適用于各種機械。工作溫度范圍為3538，短時工作溫度可達(dá)100。4輪胎式聯(lián)軸器 輪胎式聯(lián)軸器由兩個半聯(lián)軸器1和5、橡膠或橡膠織物制成的輪胎形彈性元件3、夾緊板2、連接螺釘4組成。 輪胎式聯(lián)軸器具有彈性，有良好的吸振緩沖、電絕緣性，可以補償較大的軸向位移，不需潤滑，使用壽命長，但徑向尺寸較大，當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大時，因過大的扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生附加軸向載荷。適用于正反轉(zhuǎn)多變、起動頻繁和沖擊大的場合。五、聯(lián)軸器的選擇1聯(lián)軸器類型的選擇 對低速、剛性大的短軸，選用剛性聯(lián)軸器；對低速、剛性小的長軸，選用無彈性元件撓性聯(lián)軸器；對傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機械，選用齒式聯(lián)軸器；對高速且有沖擊或振動的軸，選用有彈性

12、元件的撓性聯(lián)軸器等。2聯(lián)軸器型號的選擇 根據(jù)軸端的直徑、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速從機械設(shè)計手冊中選定型號。 計算轉(zhuǎn)矩Tca是考慮工作過程中的過載、起動和制動時慣性力矩的影響，將聯(lián)軸器所傳遞的公稱轉(zhuǎn)矩T適當(dāng)增大。 根據(jù)工作要求選定合適的類型，根據(jù)軸的直徑、計算轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從機械設(shè)計手冊中查找出適用的型號。特殊情況下，需對關(guān)鍵零件進(jìn)行計算。Tca = KT K是工作情況系數(shù)，見表13-2。第二節(jié) 離合器一、離合器的組成與分類 離合器是在機器運轉(zhuǎn)過程中可將軸隨時分離或接合的一種裝置，它被廣泛應(yīng)用于各種機器中。離合器組成：主動部分、從動部分、接合元件和操縱部。1.組成2.分類按離合方式分操縱離合器自動離合器機械離合

13、器電磁離合器氣壓離合器液壓離合器超越離合器離心離合器安全離合器摩擦式離合器按接合元件的工作原理分嚙合式離合器離合器二、操縱離合器1牙嵌離合器 半離合器1用平鍵和主動軸連接，半離合器2用導(dǎo)向平鍵3（或花鍵）與從動軸連接，由操縱裝置帶動滑環(huán)4使其沿導(dǎo)向平鍵在從動軸上作軸向移動，實現(xiàn)兩個半離合器的分離與接合。固定在半離合器1上的對中環(huán)5，用來保證兩軸對中。（1）組成：兩個端面制有凸出牙齒的兩個半離合器1、2。 三角形：低速，中、小扭矩. 矩 形：很少用，接合、分離困難，磨損后間隙無法補償。 梯 形：強度高，能自動補償牙的磨損，沖擊小、傳遞較大扭矩，便于分離，應(yīng)用廣泛。 鋸齒形：強度高，可傳遞更大扭矩

14、，但只能單方向工作。（2）牙型：矩形、梯形、鋸齒形三種。 （3）特點：結(jié)構(gòu)簡單，外廓尺寸小，接合后兩個半離合器之間沒有相對轉(zhuǎn)動，但只適用于兩軸的轉(zhuǎn)速差較小或相對靜止的情況下接合，否則接合和分離時牙間會發(fā)生很大的沖擊，影響牙的壽命。2圓盤摩擦離合器（1）單盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器有單盤和多盤兩種。 主動摩擦盤2與主動軸1通過平鍵和軸肩得到周向和軸向定位，從動摩擦盤3通過導(dǎo)向平鍵 6與從動軸5周向定位，由操縱裝置撥動滑環(huán) 4使其在從動軸上左右滑動。工作時，可向左施力使兩摩擦圓盤接觸并壓緊，從而產(chǎn)生摩擦力來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。 單盤摩擦離合器結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但傳遞的轉(zhuǎn)矩有限，僅適用于包裝，紡織等輕

15、型機械。（2）多盤摩擦離合器 組成：兩組摩擦盤，一組外摩擦盤3和外殼2連接（外圓齒插入外殼槽內(nèi)），另一組內(nèi)摩擦盤4和套筒9連接（內(nèi)圓齒插入套筒槽內(nèi)）。外殼2和套筒9分別固定在主動軸 1和從動軸10上，內(nèi)、外摩擦盤交錯排列。 工作時，滑環(huán)8左移，通過杠桿7使兩組摩擦盤壓緊，此時離合器處于接合狀態(tài)。同主動軸和外殼一起轉(zhuǎn)動的外摩擦盤通過摩擦力將運動和轉(zhuǎn)矩傳遞給內(nèi)摩擦盤，帶動套筒和從動軸轉(zhuǎn)動。 滑環(huán)8右移時，杠桿7在彈簧6的作用下放松摩擦盤，離合器分開。調(diào)節(jié)螺母5用來調(diào)節(jié)內(nèi)外摩擦片盤組間的壓力。 摩擦盤數(shù)目多，可增大所傳遞的轉(zhuǎn)矩；但盤數(shù)過多，會影響分離動作的靈敏性，通常限制在1015對以下。 多盤摩擦

16、離合器能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩而又不會使其徑向尺寸過大，故在機床、汽車及摩托車等機械中應(yīng)用廣泛。 3磁粉離合器磁粉離合器是電磁操縱的離合器，利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩。 工作原理：金屬圓筒1與從動軸相連，嵌有環(huán)形勵磁線圈3的電磁鐵4與主動軸相連，金屬圓筒1與電磁鐵4之間留有 1.52mm 的間隙，內(nèi)裝磁粉（導(dǎo)磁鐵粉混合物）2。勵磁線圈中無電流時，磁粉通過離心力甩到金屬圓筒 1內(nèi)壁上，并疏散開，離合器處于分離狀態(tài)。通電后，勵磁線圈產(chǎn)生磁場，磁粉在磁場作用下被吸引到金屬圓筒與轉(zhuǎn)子間聚集，產(chǎn)生磁連接力，主、從動軸連接起來，離合器處于接合狀態(tài)。磁粉離合器依靠磁粉間的磁力和摩擦力將主動軸的轉(zhuǎn)矩傳遞給從動軸。 磁粉離合器可

17、以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱，通過改變勵磁電流的大小可以獲得不同的轉(zhuǎn)矩。它操縱方便，離合平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，但質(zhì)量大，工作一定時間后需要更換磁粉，磁粉離合器現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機床和航空儀表中。三、自動離合器 自動離合器是一種根據(jù)機器運動和動力參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等的變化而自動完成接合和分離動作的離合器。1超越離合器組成：星輪1、外環(huán)2、滾柱3和彈簧頂桿4 工作原理：星輪為主動件并順時針轉(zhuǎn)動時，滾柱被摩擦力帶動而楔緊在槽的狹窄部分，帶動外環(huán)一起轉(zhuǎn)動，離合器處于接合狀態(tài)；當(dāng)星輪反向轉(zhuǎn)動時，滾柱受摩擦力的作用被推到槽中寬敞部分，外環(huán)不隨星輪轉(zhuǎn)動，離合器處于分離狀態(tài)；如果星輪仍按順時針方向轉(zhuǎn)動，外環(huán)獲得與星輪轉(zhuǎn)向

18、相同而轉(zhuǎn)速較大的運動時，離合器處于分離狀態(tài)。 這種離合器的接合和分離與星輪與外環(huán)間速度差有關(guān)，因此稱為超越離合器，又稱為差速離合器。2安全離合器 安全離合器通常有嚙合式和摩擦式兩種。當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過一定的數(shù)值時，安全離合器將使主動軸和從動軸分開或打滑，從而防止機器中重要零件的損壞。（1）牙嵌安全離合器 工作時，兩半離合器由彈簧2的壓緊力使牙盤 3、4 嵌合傳遞轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過一定值，接合牙面上的軸向力超過彈簧力和摩擦阻力使兩半離合器分離；當(dāng)轉(zhuǎn)矩降低到某一個確定值以下，離合器會自動接合。彈簧壓力的大小可通過螺母1進(jìn)行調(diào)節(jié)。（2）多盤摩擦安全離合器 工作原理：與多盤摩擦離合器相似，只是沒有操縱機構(gòu)，用彈

19、簧1將內(nèi)、外摩擦盤組3、2壓緊，并用螺母4調(diào)節(jié)壓緊力的大小。當(dāng)工作轉(zhuǎn)矩超過離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩時，摩擦盤接觸面間因摩擦力不足而發(fā)生打滑，對機器起到安全保護(hù)的作用。第三節(jié) 制動器 制動器用于機械減速或使其停止的裝置。也可用作調(diào)節(jié)或限制機械運動速度。它是保證機械安全工作的重要部件。一、制動器的組成與分類（1）組成：制動架、摩擦元件和松閘器等。 按工作狀態(tài)分：常閉式和常開式。常閉式制動器靠彈簧或重力的作用經(jīng)常處于緊閘狀態(tài)，而機構(gòu)運行時，則用人力或松閘器使制動器松閘。與此相反，常開式制動器經(jīng)常處于松閘狀態(tài)，只有施加外力時才能使其緊閘。 按構(gòu)造特征分：摩擦式制動器和非摩擦式制動器。摩擦式制動器有：外抱塊

20、式制動器、內(nèi)張?zhí)闶街苿悠鳌街苿悠骱捅P式制動器；非摩擦式制動器有：磁粉式制動器、磁渦流式制動器和水渦流式制動器。（2）分類 工作原理：當(dāng)施加外力F時，杠桿1收緊制動帶2而抱住制動輪3，此時憑借帶與制動輪之間產(chǎn)生的摩擦力矩以實現(xiàn)制動；當(dāng)通過電磁鐵4提起杠桿1時，制動帶2與制動輪3脫開而松閘。二、常用摩擦制動器1帶式制動器 缺點：制動時軸受力大，帶和制動輪間壓力不均勻，磨損也不均勻，且?guī)б讛嗔?。為了增強制動效果，在制動帶上可襯墊石棉基摩擦材料或粉末冶金材料等。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、可產(chǎn)生較大的制動轉(zhuǎn)矩。 應(yīng)用：帶式制動器常用于大型機械，要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合，如用于起重運輸機械中。2外抱塊式制

21、動器 工作原理：當(dāng)鐵芯線圈1通電時，電磁鐵2與鐵芯線圈1中的鐵心相吸，使電磁鐵繞O點逆時針轉(zhuǎn)動一角度，壓推桿向右移動，主彈簧4被壓縮，左右兩制動臂8帶動左右兩閘瓦6向外擺動而松閘。輔助彈簧5在松閘時促使左右兩制動臂和閘瓦離開制動輪7； 斷電時，在主彈簧4的拉力作用下，左右兩制動臂被拉攏，壓緊制動輪進(jìn)行制動。閘瓦的材料可用鑄鐵，也可用在鑄鐵上覆以皮革或石棉帶等。 優(yōu)點是：制動和開啟迅速、尺寸小、質(zhì)量輕、易于調(diào)整瓦塊間隙。 缺點是：制動時沖擊力大，電能消耗也大，不宜用制動力矩大和需要頻繁制動的場合。外抱塊式式制動器常用于如車輛的車輪和電動葫蘆中。3內(nèi)張?zhí)闶街苿悠?工作原理：制動時，壓力油進(jìn)入油缸4，推動左右兩活塞移動，在活塞力F的作用下，兩制動蹄1以銷軸2為支點向外擺動，壓緊在制動輪3的內(nèi)表面上，實現(xiàn)制動。油路卸壓后，彈簧5使兩制動蹄與兩制動輪分離，制動器處于松開狀態(tài)。 特點：結(jié)構(gòu)緊湊，散熱性好，密