第14章 聯(lián)軸器離合器

東莞理工學院專用1第十四章聯(lián)軸器、離合器和制動器§14-0

聯(lián)軸器和離合器概述§14-1

聯(lián)軸器的種類和特性§14-5

特殊功用及特殊結構的聯(lián)軸器及離合器§14-2

聯(lián)軸器的選擇§14-3

離合器§14-4

安全聯(lián)軸器及安全離合器§14-6

制動器東莞理工學院專用2作用：主要用于將兩根軸聯(lián)接在一起，使它們一起旋轉，并傳遞轉矩，也可用作安全裝置?！?/p>

聯(lián)軸器----用于將兩軸聯(lián)接在一起，機器運轉時兩軸不能分離，只有在機器停車時才可將兩軸分離；▲離合器----在機器運轉過程中，可使兩軸隨時接合或分離的一種裝置。它可用來操縱機器傳動的斷續(xù)，以便進行變速或換向；▲

安全聯(lián)軸器與離合器----機器工作時，若轉矩超過規(guī)定值，即可自行斷開或打滑，以保證機器中的主要零件不因過載而損壞；▲

特殊功用的聯(lián)軸器與離合器----用于某些特殊要求處，如：在一定的回轉方向或達到一定轉速時，聯(lián)軸器或離合器即可自動接合或分離等；§14-0

聯(lián)軸器和離合器概述東莞理工學院專用3聯(lián)軸器和離合器種類繁多，在選用標準件或自行設計時應考慮如下因素：傳遞轉矩大小;轉速高低;扭轉剛度變化;體積大小;緩沖吸振能力。東莞理工學院專用4一、聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對位移兩軸線的相對位移:

軸向、徑向、角度、綜合。由于制造、安裝或工作時零件的變形等原因，被聯(lián)接的兩軸不一定度能精確對中，因此會出現(xiàn)兩軸之間的軸向位移、徑向位移和角位移，或其組合。yα

α

xy軸向x徑向角度綜合制造誤差安裝誤差受力變形被聯(lián)接的兩軸不能精確對中§14-1聯(lián)軸器的種類和特性東莞理工學院專用5二、聯(lián)軸器的分類無彈性元件聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器夾殼聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器有彈性元件聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器十字軸式萬向聯(lián)軸器滾子鏈聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性柱銷聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器輪胎式聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器星形彈性聯(lián)軸器下面將對各種聯(lián)軸器作詳細介紹東莞理工學院專用6（一）剛性聯(lián)軸器結構：用一個套筒通過鍵將兩軸聯(lián)接在一起。用緊定螺釘來實現(xiàn)軸向固定。套筒聯(lián)軸器型式：半圓鍵普通平鍵特點：結構簡單、使用方便、傳遞轉矩較大，但不能緩沖減振。應用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。1、套筒聯(lián)軸器東莞理工學院專用72、凸緣剛性聯(lián)軸器結構：半聯(lián)軸器通過鍵與軸相聯(lián)，用螺栓將兩個半聯(lián)軸器的凸緣聯(lián)接在一起。普通凸緣聯(lián)軸器型式：有對中榫的凸緣聯(lián)軸器普通凸緣聯(lián)軸器---靠鉸制孔螺栓對中。---靠榫頭對中。普通螺栓對中榫絞制孔螺栓東莞理工學院專用8制造與安裝要求：半聯(lián)軸器的凸緣端面應與軸線垂直，安裝時應使兩軸精確對中。90?材料：一般用鑄鐵、當重載或V≥30m/s時，用鑄鋼或鍛鋼。特點：結構簡單、使用方便、傳遞轉矩較大，但不能緩沖減振。應用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。東莞理工學院專用9應用：用于低速傳動軸，常用于垂直傳動軸的聯(lián)接。3、夾殼聯(lián)軸器結構：將套筒做成剖分夾殼結構，通過擰緊螺栓產(chǎn)生的預緊力使兩夾殼與軸聯(lián)接，并依靠鍵以及夾殼與軸表面之間的摩擦力來傳遞轉矩。有一個剖分式對中環(huán)。特點：無需沿軸向移動即可方便裝拆，但不能聯(lián)接直徑不同的兩軸，外形復雜且不易平衡，高速旋轉時會產(chǎn)生離心力。東莞理工學院專用101、齒式聯(lián)軸器功用：能補償軸不對中和偏斜。工作范圍：正常齒：α≤30’

腰鼓齒：α≤3?α

(二)無彈性元件聯(lián)軸器結構：兩個有內齒的外殼，兩個有外齒的套筒，兩者齒數(shù)相同，外齒做成球形齒頂?shù)难凝X。套筒與軸用鍵聯(lián)接，兩外殼用螺栓聯(lián)接。兩端密封，空腔內儲存潤滑油。東莞理工學院專用11優(yōu)點：傳遞轉矩大、能補償綜合位移。缺點：結構笨重、造價高。應用：用于重型傳動。東莞理工學院專用122、十字滑塊聯(lián)軸器結構：兩個端面開有徑向凹槽的半聯(lián)軸器，兩端各具有凸榫的中間滑塊，且兩端榫頭互相垂直，嵌入凹槽中，構成移動副。工作原理：當兩軸存在不對中和偏斜時，滑塊將在凹槽內滑動。優(yōu)缺點：結構簡單、制造容易?；瑝K因偏心產(chǎn)生離心力和磨損，并給軸和軸承帶來附加動載荷。適用范圍：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y東莞理工學院專用133、滑塊聯(lián)軸器優(yōu)點：結構簡單、尺寸緊湊。應用：適用于小功率，高轉速而無劇烈沖擊的場合。結構：與十字滑塊聯(lián)軸器結構相似，只是溝槽很寬，中間為不帶凸牙的方形滑塊，其材料為夾布膠木。工作特點：由于中間滑塊質量小，且有彈性，故允許較高的極限轉速。東莞理工學院專用144、萬向聯(lián)軸器作用：用于傳遞兩相交軸之間的動力和運動，而且在傳動過程中，兩軸之間的夾角還可以改變。共軸、有夾角應用：廣泛應用于汽車、機床等機械傳動系統(tǒng)中。α單萬向聯(lián)軸器東莞理工學院專用15vA1=rω1結構特點：兩傳動軸末端各有一個叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構件相聯(lián)，“十字形”構件的中心位于兩軸交點處，運動分析：αα兩軸平均傳動比為1，但瞬時傳動比是動態(tài)變化的。在圖示位置I,以軸1為參考系，對A點有：以軸2為參考系，對A點有：vA2=r’ω’2Aω'2Aαω1Brr’=rcosαω’2顯然有：

vA1=vA2

α=0~45?軸間角為：東莞理工學院專用16r”其它位置：代入得：ααω1BBAω"2在圖示位置II,以軸2為參考系，對B點有：vB2=rω”2以軸1為參考系，對B點有：vB1=r”ω1=ω1rcosα同樣有：

vB1=vB2

r代入得：ω’’2=ω1cosαω’2〉ω1=>ω”2<ω1ω1cosαω1cosα≤ω2≤ω1=cosαω’2東莞理工學院專用175、雙萬向鉸鏈機構將兩個單萬向鉸鏈機構串聯(lián)使用，構成雙萬向鉸鏈機構。安裝要求：①主動、從動、中間三軸共面；②主動軸、從動軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應相等；③中間軸兩端的叉面應在同一平面內。ααC2αα121C為了消除從動軸變速轉動的缺點，常東莞理工學院專用18

小型雙萬向聯(lián)軸器結構如圖所示，通常采用合金鋼制造。AAA--AAAααAAαα東莞理工學院專用196、滾子聯(lián)軸器結構：利用一條公用的雙排鏈條同時與兩個齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合來實現(xiàn)兩半鏈軸器的聯(lián)接。特點：結構簡單、尺寸緊湊、質量小、裝拆方便、維修容易、成本低廉。優(yōu)點：結構簡單、尺寸緊湊、質量小、裝拆方便、維修容易、成本低廉，有一定的補償性能和緩沖性能。缺點：因鏈條的套筒與鏈輪之間存在間隙，不適于逆向傳動和啟動頻繁或立式軸傳動。同時受離心力的影響不適于高速傳動。東莞理工學院專用201、彈性套柱銷聯(lián)軸器(三)有彈性元件聯(lián)軸器結構特點：外觀與凸緣聯(lián)軸器相似，用帶橡膠彈性套的柱銷聯(lián)接兩個半聯(lián)軸器。預留安裝空間以便與更換橡膠套A預留間隙以補償軸向位移。c圓柱孔圓錐孔東莞理工學院專用212、彈性柱銷聯(lián)軸器結構：用尼龍制成的柱銷置于兩個半聯(lián)軸器凸緣的孔中。尼龍銷擋板cc銷與擋板之間留有間隙結構簡單、更換柱銷方便。特點：上述兩種聯(lián)軸器的動力通過彈性元件傳遞，緩和沖擊、吸收振動。應用：適用于正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。適用范圍：-12?≤t≤60?，

v≤8000r/min能補償較大的軸向位移，并允許微量的徑向位移和角位移。兩種柱銷東莞理工學院專用223、輪胎式彈性聯(lián)軸器結構：中間為橡膠制成的輪胎環(huán)，用止退墊板與半聯(lián)軸器聯(lián)接。特點：結構簡單、易于變形。允許較大的綜合hdvx位移。應用：適用于啟動頻繁、正反向運轉、有沖擊振動、有較大軸向位移、潮濕多塵的場合。適用范圍：5?≤α≤12?，

x≤0.02D

y≤0.01D，n≤5000r/min

輪胎環(huán)D止退墊板東莞理工學院專用234、梅花形彈性聯(lián)軸器工作溫度：-35~+80℃,傳遞轉矩：T=16~25000N.M結構：半聯(lián)軸器與軸的配合可以做成圓柱形或圓錐形，中間的彈性元件形狀似梅花，故得名。選用不同硬度的矩胺酯橡膠，鑄形尼龍等材料制造。A-AAA東莞理工學院專用245、膜片聯(lián)軸器結構：彈性元件為多個環(huán)形金屬薄片疊合而成的膜片組，膜片圓周上有若干個螺栓孔。用鉸制孔螺栓交錯間隔與半聯(lián)軸器聯(lián)接。特點：結構簡單、彈性元件的聯(lián)接之間沒有間隙，不需要潤滑，維護方便、質量小、對環(huán)境的適應性強。但扭轉減振性能差。應用：主要用于載荷平穩(wěn)的高速傳動。如直升機尾翼軸。東莞理工學院專用256、星形彈性聯(lián)軸器結構：兩個半聯(lián)軸器上均制有凸牙，用橡膠等材料制成星形彈性元件，放置在兩半聯(lián)軸器的凸牙之間。工作時，星形彈性元件受壓冰傳遞扭矩。應用范圍：允許兩軸的相對徑向位移約為：0.2mm，

偏角位移約為：1?30’東莞理工學院專用26

大多數(shù)聯(lián)軸器已經(jīng)標準化或規(guī)格化，一般機械設計者的任務是選用聯(lián)軸器，不需要設計。一、聯(lián)軸器類型的選擇原則轉矩、轉速、軸徑、相對位移、工作環(huán)境、成本等1)考慮傳遞轉矩的大小、性質以及對緩沖減振要求確定型號與規(guī)格§14-2聯(lián)軸器的選擇具體應考慮如下要求▲對大功率重載傳動，宜選用齒輪聯(lián)軸器；▲嚴重沖擊載荷或消除軸系扭轉振動的傳動，宜選用輪胎聯(lián)軸器；選用原則：東莞理工學院專用272)考慮工作轉速的高低和引起離心力的大小

對高速傳動軸，宜選用平衡精度較高的膜片聯(lián)軸器，不能選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器；

安裝調整兩軸難以精確對中、或者工作中產(chǎn)生較大位移時，應選用撓性聯(lián)軸器：3)兩軸相對位移的大小和方向▲徑向位移較大時：=>滑塊聯(lián)軸器；▲角位移較大，或兩軸相交時：=>滑塊聯(lián)軸器4)考慮可靠性和工作環(huán)境▲由金屬制成的不需要潤滑的聯(lián)軸器工作比較可靠；▲需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境；東莞理工學院專用28▲含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕介質、強光等比較敏感，而且容易老化。

在滿足使用要求的前提下，壓選擇裝拆方便、維護簡單、成本低廉的聯(lián)軸器。5)聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和經(jīng)濟性▲剛性聯(lián)軸器不僅結構簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動；▲彈性聯(lián)軸器具有較好的綜合性能，廣泛應用于一般的中、小傳動。6)安全性要求有安全保護要求的軸，應選用安全聯(lián)軸器。東莞理工學院專用29表14-1工作情況系數(shù)KA原動機(KA)發(fā)電機、小型通風機、小型離心機1.31.51.82.2透平壓縮機、木工機械、輸送機1.51.72.02.4攪拌機、增壓機、有飛輪的壓縮機1.71.92.22.6織布機、水泥攪拌機、拖拉機1.92.12.42.8挖掘機、起重機、碎石機、造紙機械2.32.52.83.2電動機多缸雙缸單缸汽輪機內燃機內燃機內燃機工作機壓延機、重型初軋機、無飛輪活塞泵3.13.33.64.0二、計算聯(lián)軸器的計算轉矩

計算轉矩：Tca=KATKA為工作情況系數(shù)；見下頁T為公稱轉矩；東莞理工學院專用30三、確定聯(lián)軸器的型號

選型依據(jù)：

Tca≤[T]，由相關標準確定型號；四、校核最大轉速n

≤nmax六、規(guī)定部件相應的安裝精度

被聯(lián)接軸的轉速n，不應超過聯(lián)軸器許用的最高轉速nmax，即：五、協(xié)調軸孔直徑被聯(lián)接兩軸的直徑和形狀（圓柱或圓錐）均可以不同，但必須使直徑在所選聯(lián)軸器型號規(guī)定的范圍內，形狀也應滿足相應要求。聯(lián)軸器允許軸的相對位移偏差是有一定范圍的，因此，必須保證軸及相應部件的安裝精度。東莞理工學院專用31７．進行必要的校核聯(lián)軸器除了要滿足轉矩和轉速的要求外，必要時還應對聯(lián)軸器中的零件進行承載能力校核，如對非金屬元件的許用溫度校核等。選擇聯(lián)軸器的類型計算聯(lián)軸器的計算轉矩確定聯(lián)軸器的型號協(xié)調軸孔直徑校核最大轉矩規(guī)定部件相應的安裝精度進行必要的承載能力校核聯(lián)軸器的選擇流程：

東莞理工學院專用32作用：在機器運轉過程中，使兩軸隨時接合或分離；用來操縱機器傳動的斷續(xù)，以便進行變速或換向；§14-3離合器分類一、離合器的分類按其工作原理分機械離合器電磁離合器液壓離合器氣壓離合器超越離合器離心離合器安全離合器嵌入式摩擦式按離合控制方法分操縱式自動式按操縱方式分東莞理工學院專用33二、對離合器的基本要求▲分離、接合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠；▲結構簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；▲接合元件耐磨性好，使用壽命長，散熱條件好；▲操縱方便省力，制造容易，調整維修方便。東莞理工學院專用341)

牙嵌式離合器結構：由端面帶牙的固定套筒、活動套筒、對中環(huán)組成。固定套筒活動套筒滑環(huán)對中環(huán)工作原理：利用操縱桿移動滑環(huán)，實現(xiàn)兩套筒的結合與分離。三、常用離合器簡介東莞理工學院專用35牙型α=30?~45?αα2?~8?2?~8?50-70?三角形梯形鋸齒形----傳遞中小轉矩、牙數(shù)為16~60----傳遞較大轉矩、牙數(shù)為3~15梯形牙可以補償磨損后的牙側間隙。鋸齒形只能單向工作。反轉時具有較大的軸向分力，會迫使離合器自行分離。制造要求：各牙應精確等分，以使載荷均勻分布。其他牙型見p.350東莞理工學院專用36特點：結構簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉矩。材料：低碳合金鋼：20Cr、20MnB。滲碳淬火后牙面硬度：56~62HRC;中碳合金鋼：40Cr、45MnB。表面淬火后牙面硬度：48~58HRC;承載能力：取決于齒根的彎曲強度:hKATzWD0σb=≤[σb]

2KATzD0ahp=≤[p]W-齒根彎曲截面系數(shù)；D0-牙平均直徑；a-牙的寬度。D0ah式中：h為牙齒高度；z為牙齒數(shù)；東莞理工學院專用37232)單片式圓盤摩擦離合器摩擦轉矩:Tmax=F

fR結構：由固定圓盤1、活動圓盤2、滑環(huán)3組成。工作原理：移動滑環(huán)，可實現(xiàn)兩圓盤的結合與分離，靠摩擦力帶動從動軸轉動。2.過載時打滑，起保護作用；3.結合平穩(wěn)、沖擊和振動小。優(yōu)點：

1.在任何轉速條件下兩軸都可以進行結合；Fa213F1R缺點：結合過程中不可避免出現(xiàn)打滑，引起磨損和發(fā)熱；東莞理工學院專用38主動摩擦片杠桿滑環(huán)工作原理：移動滑環(huán)，通過杠桿作用，壓緊或放松磨擦片，來實現(xiàn)兩軸的結合與分離。調整螺母被動摩擦片3)多片式圓盤摩擦離合器結構特點：多個摩擦片疊加在一起；←三維動畫東莞理工學院專用39摩擦片材料：淬火鋼片、壓制石棉片。摩擦片數(shù)量z↑→傳遞轉矩T↑但z過大將使各層間壓力不均勻，一般取:z=12~15摩擦轉矩:Tmax=zF

fRzF

f(D1+D2)=4≥KA

T4Fp=π(D1

+D2)表面壓強:≤[p]D1D2東莞理工學院專用40有潤滑劑無潤滑劑[p]/MPa表14-2常用摩擦片材料的f和[p]

摩擦片材料f圓盤摩擦離合器鑄鐵—鑄鐵或鋼0.05~0.060.15~0.20.25~0.30淬火鋼—淬火鋼0.05~0.060.180.6~0.8青銅—鋼或鑄鐵0.080.17~0.180.4~0.5壓制石棉—鋼或鑄鐵0.120.3~0.50.20~0.30對于頻繁啟動的離合器，可將表中[p]降低15~30%。類型→反應敏捷，但摩擦片易磨損。油式磨擦離合器干式磨擦離合器→磨損輕微、壽命長、并能在繁重的條件下運轉。東莞理工學院專用418~10?

4)圓錐式摩擦離合器結構：錐臺表面為摩擦接觸面。優(yōu)點：由于采用了槽面摩擦原理，因此只需要很小的操縱力即能使離合器傳遞較大的轉矩。缺點：徑向尺寸較大，不如多盤式緊湊。東莞理工學院專用42離合器的操縱方式機械力電磁力氣動力液壓力5)電磁摩擦離合器結構：其結構特點與機械式多片摩擦離合器一樣。優(yōu)點：由于采用了電磁力進行控制，因此控制靈活，容易實現(xiàn)自動化。東莞理工學院專用43四、離合器的選用▲嵌入式離合器的結構簡單，外形尺寸較小，兩軸間的聯(lián)接無相對運動，一般適用于低速接合，轉矩不大的場合；▲摩擦式離合器可在任何轉速下實現(xiàn)兩軸的接合或分離；接合過程平穩(wěn)，沖擊振動較小；可有過載保護作用。但尺寸較大，在接合或分離過程中要產(chǎn)生滑動摩擦，故發(fā)熱量大，磨損也較大?！姶拍Σ岭x合器可實現(xiàn)遠距離操縱，動作迅速，沒有不平衡的軸向力，因而在數(shù)控機床等機械中獲得了廣泛的應用。東莞理工學院專用44§14-4安全聯(lián)軸器及安全離合器作用：當工作轉矩超過機器允許的極限轉矩時，聯(lián)接件將發(fā)生折斷、脫開或打滑，從而使從動軸自動停止轉動，以保護機器中的重要零件不致?lián)p壞。一、剪切銷安全聯(lián)軸器安全聯(lián)軸器-----斷開聯(lián)接后不能自動恢復工作能力，用于很少過載處；雙剪式單剪式安全離合器─斷開聯(lián)接后能夠自動恢復工作能力，用于經(jīng)常過載處；分單剪和雙剪兩種類型。結構：類似于凸緣聯(lián)軸器，但不用螺釘，而用鋼制銷釘聯(lián)接。銷釘裝入經(jīng)過淬火的兩個套管中，過載時被剪斷。東莞理工學院專用45銷釘直徑可按如下公式計算：Dm其中：T----公稱轉矩；Dm----銷釘分布圓直徑；z----銷釘數(shù)目；[τ]----許用剪切應力；K----為過載限制系數(shù)；過載限制系數(shù)K載荷發(fā)電機、小型通風機、離心機械等1.1倍靜載荷接近靜載荷1.1輕型傳動裝置、車床、銑床、輸送機1.5倍靜載荷有微小變化1.6刨床、插床、有飛輪的壓縮機等2倍靜載荷有較大變化2.1工程機械、破碎機、螺旋壓力機3倍靜載荷沖擊載荷3.2啟動工作機器名稱K東莞理工學院專用46銷釘材料：

45號鋼淬火，或高碳鋼。在剪端處應預先切槽。特點：

▲由于材料機械性能不穩(wěn)定，以及制造尺寸誤差等原因，使得銷釘剪斷載荷不精確；▲銷釘被剪斷后，不能自動恢復工作能力，需要停車更換；▲結構簡單，常用于很少過載的機器中；東莞理工學院專用47彈簧主動齒輪從動盤外套筒調節(jié)螺母二、滾珠安全離合器轉動方向工作原理：轉矩主動齒輪滾珠從動盤

外套筒鍵從動軸。

過載時，彈簧被壓縮，從動盤右移，主動齒輪空轉，從動軸即停止轉動。彈簧壓力的大小可用螺母來調節(jié)。當載荷恢復正常時，重新傳遞轉矩。轉動方向轉動方向轉動方向轉動方向東莞理工學院專用48當外環(huán)反向轉動時，則帶動滾柱克服彈簧力而滾到楔形空間的寬敞位置，離合器處于分離狀態(tài)。結構：由星輪、外環(huán)、滾柱、彈簧推桿等零件組成。工作原理：當外環(huán)逆時鐘轉動時，以摩擦力帶動滾柱向前滾動，進一步楔緊內外接觸面，從而驅動星輪一起旋轉。滾柱式定向離合器一、定向離合器滾柱在彈簧推桿作用下處于半楔緊狀態(tài)?！?4-5特殊功用及特殊結構的聯(lián)軸器及離合器東莞理工學院專用49二、離心離合器結構：由一對閘塊、鼓輪、彈簧等零件組成。分開式和閉式兩種。工作原理：開式：一般轉速下，主動閘塊2和從動鼓輪1脫開。只有達到一定轉速時，才進入接合。在兩個拉伸彈簧3的作用下，當轉速達到一定值，離心力對支點4之矩超過彈簧彈力對支點之矩時，閘塊繞支點轉動，與從動鼓輪接合，當摩擦力矩足夠大時，主、從動部分一起轉動。閉式：與開式正好相反，一般轉速下，在壓縮彈簧的壓力下，閘塊2和鼓輪1接合。只有達到一定轉速