第17章聯(lián)軸器離合器和制動(dòng)器

第十七章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械電氣化工程學(xué)院§17-1聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用§17-2固定式剛性聯(lián)軸器§17-3可移動(dòng)剛性聯(lián)軸器§17-4彈性聯(lián)軸器§17-5牙嵌式離合器§17-6摩擦離合器第17章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器§17-7磁粉離合器§17-8定向離合器§17-9制動(dòng)器§17-1聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用工作特點(diǎn)：聯(lián)軸器用于剛性靜態(tài)聯(lián)接；而離合器則用于兩軸之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)接。分類：彈性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器固定式聯(lián)軸器移動(dòng)式聯(lián)軸器作用：主要用于將兩根軸聯(lián)接在一起，使它們一起旋轉(zhuǎn)，并傳遞扭矩。聯(lián)軸器牙嵌式離合器離合器摩擦式離合器電磁離合器自動(dòng)離合器應(yīng)用實(shí)例：手腕驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、汽車后橋驅(qū)動(dòng)、車輛啟停等。聯(lián)軸器、離合器大都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，可直接選用。工作條件=>選類型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速軸徑=>確定型號(hào)與規(guī)格計(jì)算轉(zhuǎn)矩：Tc=KATKA為工作情況系數(shù)；T為名義轉(zhuǎn)矩；表17-1工作情況系數(shù)KA工作機(jī)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)、小型通風(fēng)機(jī)、小型離心機(jī)1.3透平壓縮機(jī)、木工機(jī)械、輸送機(jī)1.5攪拌機(jī)、增壓機(jī)、有飛輪的壓縮機(jī)1.7織布機(jī)、水泥攪拌機(jī)、拖拉機(jī)1.9挖掘機(jī)、起重機(jī)、碎石機(jī)、造紙機(jī)械2.3設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云§17-2固定式剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器通過(guò)鍵與軸相聯(lián)，用螺栓將兩個(gè)半聯(lián)軸器的凸緣聯(lián)接在一起。普通凸緣聯(lián)軸器絞制孔螺栓型式：有對(duì)中榫的凸緣聯(lián)軸器普通凸緣聯(lián)軸器---靠鉸制孔螺栓對(duì)中。---靠榫頭對(duì)中。普通螺栓對(duì)中榫設(shè)計(jì)：潘存云制造與安裝要求：半聯(lián)軸器的凸緣端面應(yīng)與軸線垂直，安裝時(shí)應(yīng)使兩軸精確對(duì)中。90?材料：一般用鑄鐵、當(dāng)重載或V≥30m/s時(shí)，用鑄鋼或鍛鋼。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、傳遞扭矩較大，但不能緩沖減振。應(yīng)用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云yxα

兩軸線的相對(duì)位移:

軸向、徑向、角度、綜合。§17-3可移動(dòng)剛性聯(lián)軸器由于制造、安裝或工作時(shí)零件的變形等原因，被聯(lián)接的兩軸不一定度能精確對(duì)中，因此會(huì)出現(xiàn)兩軸之間的軸向位移、徑向位移和角位移，或其組合。聯(lián)接特點(diǎn)：構(gòu)成動(dòng)聯(lián)接，具有一個(gè)或幾個(gè)方向的活動(dòng)度。能補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。α

xy軸向如果聯(lián)軸器沒(méi)有適應(yīng)這種相對(duì)位移的能力就會(huì)在聯(lián)軸器、軸和軸承中引起附加載荷，甚至引起強(qiáng)烈振動(dòng)。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云一、齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：兩個(gè)有內(nèi)齒的外殼，兩個(gè)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(nèi)儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。功用：能補(bǔ)償軸不對(duì)中和偏斜。工作范圍：正常齒：α≤30’

腰鼓齒：α≤3?α

設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云優(yōu)點(diǎn)：傳遞扭矩大、能補(bǔ)償綜合位移。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)笨重、造價(jià)高。應(yīng)用：用于重型傳動(dòng)。設(shè)計(jì)：潘存云二、滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：兩個(gè)端面開(kāi)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(gòu)成移動(dòng)副。工作原理：當(dāng)兩軸存在不對(duì)中和偏斜時(shí)，滑塊將在凹槽內(nèi)滑動(dòng)。優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)附加動(dòng)載荷。適用范圍：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云三、萬(wàn)向聯(lián)軸器作用：用于傳遞兩相交軸之間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，而且在傳動(dòng)過(guò)程中，兩軸之間的夾角還可以改變。共軸、有夾角應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床等機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中。α單萬(wàn)向聯(lián)軸器設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云vA1=rω1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩傳動(dòng)軸末端各有一個(gè)叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構(gòu)件相聯(lián)，“十字形”構(gòu)件的中心位于兩軸交點(diǎn)處，運(yùn)動(dòng)分析：αα兩軸平均傳動(dòng)比為1，但瞬時(shí)傳動(dòng)比是動(dòng)態(tài)變化的。在圖示位置I,以軸1為參考系，對(duì)A點(diǎn)有：以軸2為參考系，對(duì)A點(diǎn)有：vA2=r’ω’2Aω'2Aαω1Brr’=rcosαω’2顯然有：

vA1=vA2

α=0~45?軸間角為：設(shè)計(jì)：潘存云r”其它位置：代入得：ααω1BBAω"2在圖示位置II,以軸2為參考系，對(duì)B點(diǎn)有：vB2=rω”2以軸1為參考系，對(duì)B點(diǎn)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設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云2.雙萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)將兩個(gè)單萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，構(gòu)成雙萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)。安裝要求：①主動(dòng)、從動(dòng)、中間三軸共面；②主動(dòng)軸、從動(dòng)軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應(yīng)相等；③中間軸兩端的叉面應(yīng)在同一平面內(nèi)。ααC2αα121C為了消除從動(dòng)軸變速轉(zhuǎn)動(dòng)的缺點(diǎn)，常設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云3.小型雙萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖所示，通常采用合金鋼制造。AAA--AAAααAAαα模型設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云一、彈性套柱銷聯(lián)軸器§17-4彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(gè)半聯(lián)軸器。預(yù)留安裝空間以便與更換橡膠套A預(yù)留間隙以補(bǔ)償軸向位移。c圓柱孔圓錐孔設(shè)計(jì)：潘存云二、彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：用尼龍制成的柱銷置于兩個(gè)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更換柱銷方便。特點(diǎn)：上述兩種聯(lián)軸器的動(dòng)力通過(guò)彈性元件傳遞，緩和沖擊、吸收振動(dòng)。應(yīng)用：適用于正反向變化多，啟動(dòng)頻繁的高速軸。適用范圍：-12?≤t≤60?，

v≤8000r/min能補(bǔ)償較大的軸向位移，并允許微量的徑向位移和角位移。兩種柱銷設(shè)計(jì)：潘存云三、輪胎式彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于變形。允許較大的綜合hdvx位移。應(yīng)用：適用于啟動(dòng)頻繁、正反向運(yùn)轉(zhuǎn)、有沖擊振動(dòng)、有較大軸向位移、潮濕多塵的場(chǎng)合。適用范圍：5?≤α≤12?，

x≤0.02D

y≤0.01D，n≤5000r/min

輪胎環(huán)D止退墊板設(shè)計(jì)：潘存云§17-5牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)：由端面帶牙的固定套筒、活動(dòng)套筒、對(duì)中環(huán)組成。固定套筒活動(dòng)套筒滑環(huán)對(duì)中環(huán)工作原理：利用操縱桿移動(dòng)滑環(huán)，實(shí)現(xiàn)兩套筒的結(jié)合與分離。牙型30?~40?2?~8?2?~8?60?三角形梯形鋸齒形----傳遞中小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為16~60----傳遞較大轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為3~15梯形牙可以補(bǔ)償磨損后的牙側(cè)間隙。鋸齒形只能單向工作。反轉(zhuǎn)時(shí)具有較大的軸向分力，會(huì)迫使離合器自行分離。制造要求：各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均勻分布。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉(zhuǎn)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(qiáng)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)；設(shè)計(jì)：潘存云§17-6摩擦離合器123一、單片式圓盤(pán)摩擦離合器摩擦扭矩:Tmax=Fa

fRf結(jié)構(gòu)：由固定圓盤(pán)1、活動(dòng)圓盤(pán)2、滑環(huán)組成。工作原理：移動(dòng)滑環(huán)，可實(shí)現(xiàn)兩圓盤(pán)的結(jié)合與分離，靠摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。缺點(diǎn)：結(jié)合過(guò)程中不可避免出現(xiàn)打滑，引起磨損和發(fā)熱；

2.過(guò)載時(shí)打滑，起保護(hù)作用；

3.結(jié)合平穩(wěn)、沖擊和振動(dòng)小。優(yōu)點(diǎn)：

1.在任何轉(zhuǎn)速條件下兩軸都可以進(jìn)行結(jié)合；Fa213FaRf設(shè)計(jì)：潘存云主動(dòng)摩擦片杠桿滑環(huán)工作原理：移動(dòng)滑環(huán)，通過(guò)杠桿作用，壓緊或放松磨擦片，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩軸的結(jié)合與分離。調(diào)整螺母被動(dòng)摩擦片二、多片式圓盤(pán)摩擦離合器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多個(gè)摩擦片疊加在一起；摩擦片材料：淬火鋼片、壓制石棉片。摩擦片數(shù)量z↑→傳遞扭矩T↑但z過(guò)大將使各層間壓力不均勻，一般取:z=12~15摩擦扭矩:Tmax=zFa

fRfzFa

f(D1+D2)=4≥KA

T4Fap=π(D1

+D2)表面壓強(qiáng):≤[p]D1D2有潤(rùn)滑劑無(wú)潤(rùn)滑劑[p]/MPa表17-2常用摩擦片材料的f和[p]

摩擦片材料

f圓盤(pán)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(duì)于頻繁啟動(dòng)的離合器，可將表中[p]降低15~30%。類型→反應(yīng)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(zhǎng)、并能在繁重的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云離合器的操縱方式機(jī)械力電磁力氣動(dòng)力液壓力8~10?

三、圓錐式摩擦離合器結(jié)構(gòu)：錐臺(tái)表面為摩擦接觸面。優(yōu)點(diǎn)：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(zhuǎn)矩。缺點(diǎn)：徑向尺寸較大，不如多盤(pán)式緊湊。設(shè)計(jì)：潘存云§17-7磁粉離合器結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)子軸、左右輪輻、勵(lì)磁線圈、磁粉等組成。工作原理：通電后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依靠磁粉的結(jié)合力以及磁粉與兩工作面之間的摩擦力拉傳遞轉(zhuǎn)矩。輸出磁粉性能要求：導(dǎo)磁率高、剩磁小、流動(dòng)性好、耐磨、耐熱、不燒結(jié)性。輸入磁粉材料：鐵鈷鎳、鐵鈷釩等合金粉，加入少量二硫化鉬。形狀為球形或橢球形，顆粒直徑為：20~70μm。優(yōu)點(diǎn)：1）勵(lì)磁電流I與轉(zhuǎn)矩T呈線性關(guān)系、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單而且精確，調(diào)節(jié)范圍寬。2)

可用作恒張力控制，是造紙機(jī)、紡織機(jī)、印刷機(jī)、繞線機(jī)等的理想裝置。3)

若將主動(dòng)件固定，則可作制動(dòng)器使用。缺點(diǎn)：相對(duì)而言比較笨重。4)

操縱方便、離合平穩(wěn)、工作可靠。設(shè)計(jì)：潘存云當(dāng)外環(huán)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則帶動(dòng)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(jié)構(gòu)：由星輪、外環(huán)、滾柱、彈簧推桿等零件組成。工作原理：當(dāng)外環(huán)逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以摩擦力帶動(dòng)滾柱向前滾動(dòng)，進(jìn)一步楔緊內(nèi)外接觸面，從而驅(qū)動(dòng)星輪一起旋轉(zhuǎn)。一、滾柱式定向離合器§17-8定向離合器滾柱在彈簧推桿作用下處于半楔緊狀態(tài)。設(shè)計(jì)：潘存云結(jié)構(gòu)：由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、楔塊、支撐環(huán)、拉簧等零件組成。二、楔塊式定向離合器優(yōu)點(diǎn)：楔塊曲率半徑大，裝入數(shù)量多，相同尺寸時(shí)傳遞的轉(zhuǎn)矩更大。缺點(diǎn)：高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有較大磨損，壽命較短。工作原理：內(nèi)外環(huán)工作面都為圓形，整圈拉簧壓著楔塊始終與內(nèi)環(huán)接觸，并力圖使楔塊繞自身作逆時(shí)針?lè)较蚱珨[。當(dāng)外環(huán)順時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，楔塊克服彈簧力而作順時(shí)鐘方向擺動(dòng)，從而在內(nèi)外環(huán)間越楔越緊，離合器處于結(jié)合狀態(tài)。反向時(shí)斜塊松開(kāi)而成分離狀態(tài)。設(shè)計(jì)：潘存云§17-9制動(dòng)器結(jié)構(gòu)：由瓦塊、制動(dòng)輪等零件組成。工作原理：通電松開(kāi)，斷電后靠彈簧拉力實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

借助于瓦塊與制動(dòng)輪之間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。斷電制動(dòng)是為了保證設(shè)備安全。作用：降低機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度或停止運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置。應(yīng)用：車輛、起重機(jī)械等。一、塊式制動(dòng)器設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云abaFDhH制動(dòng)