機械設計聯(lián)軸器離合器和制動器課件

第九章聯(lián)軸器、離合器和制動器§9-1聯(lián)軸器§9-2離合器§9-3制動器精品資料概述(ɡàishù)1聯(lián)軸器是機械裝置中常用的部件，它們(tāmen)主要用于軸與軸的聯(lián)接，以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。機器運轉(zhuǎn)時兩軸不能分離，只有在機器停車時才可使兩軸分離。§9-1聯(lián)軸器一、聯(lián)軸器的功能與類型1）聯(lián)軸器的功能2）聯(lián)軸器的類型聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而存在著某種程度的相對位移。精品資料聯(lián)軸器的種類(zhǒnglèi)和特性1這就要求(yāoqiú)設計聯(lián)軸器時，從結(jié)構上采取措施，使之能夠適應一定范圍的相對位移。精品資料根據(jù)聯(lián)軸器有無彈性元件、對各種相對位移有無補償能力，聯(lián)軸器可分為剛性(ɡānɡxìnɡ)聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器。精品資料套筒聯(lián)軸器二、常用聯(lián)軸器的結(jié)構(jiégòu)特點1.剛性(ɡānɡxìnɡ)聯(lián)軸器分套筒式、夾殼式和凸緣式。精品資料凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵分別與兩軸聯(lián)接，然后用螺栓把兩個半聯(lián)軸器聯(lián)成一體，以傳遞(chuándì)運動和轉(zhuǎn)矩。鉸制孔用螺栓(luóshuān)對中榫精品資料剛性(ɡānɡxìnɡ)聯(lián)軸器為了安全起見，凸緣(tūyuán)聯(lián)軸器可以作成帶防護邊的。被聯(lián)接兩軸間的各種相對位移無補償能力，故對兩軸對中性的要求高。當兩軸有相對位移時，會在結(jié)構內(nèi)引起附加載荷，使工作情況惡化。凸緣聯(lián)軸器的材料可用灰鑄鐵和碳鋼，重載時或圓周速度大于30m/s時應用鑄鋼或鍛鋼。這類聯(lián)軸器的結(jié)構比較簡單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故當轉(zhuǎn)速低、無沖擊、軸的剛度大、對中性較好時常被采用。精品資料2.撓性聯(lián)軸器對被聯(lián)接兩軸間的各種相對位移(wèiyí)有補償能力，進一步分為：1）無彈性元件撓性聯(lián)軸器a.十字(shízì)滑塊聯(lián)軸器聯(lián)軸器具有撓性，可補償兩軸的相對位移。但因無彈性元件，故不能緩沖減振。由端面開有凹槽的兩個半聯(lián)軸器和一個兩端具有凸塊的中間圓盤所組成。精品資料凹槽和凸塊的工作面要求(yāoqiú)有較高的硬度并加潤滑劑。轉(zhuǎn)速高時，中間圓盤的偏心將產(chǎn)生較大離心力，加快磨損，并對軸及軸承帶來加大的附加(fùjiā)載荷。適用于低速場合。允許徑向位移≤0.04d，角位移≤30′。精品資料齒式聯(lián)軸器b.齒輪(chǐlún)聯(lián)軸器由兩個具有外齒的半聯(lián)軸器和兩個具有內(nèi)齒的外殼(wàiké)所組成。輪齒的齒廓常為20°壓力角的漸開線齒廓，輪齒間留有較大齒側(cè)間隙。精品資料外齒輪齒頂做成球面，球面中心位于齒輪的軸線上，故能補償(bǔcháng)兩軸的綜合位移。能傳遞較大轉(zhuǎn)矩，但結(jié)構復雜，制造困難(kùnnɑn)，在重型機器和起重設備中應用較廣。用于高速傳動時，必須進行高精度加工，并經(jīng)動平衡處理，還需要有良好的潤滑和密封。不適用于立軸。精品資料c.萬向聯(lián)軸器由兩個分別固定(gùdìng)在主、從動軸上的叉形接頭和一個十字形零件所組成。叉形接頭(jiētóu)和十字頭是鉸接的，因此允許被聯(lián)接兩軸的軸線夾角很大。精品資料當兩軸線不重合時，主動軸等速轉(zhuǎn)動，而從動軸將在某一范圍內(nèi)作周期性的變速轉(zhuǎn)動，會在傳動(chuándòng)中引起附加動載荷。常將萬向聯(lián)軸器成對使用，構成雙萬向聯(lián)軸器，但必須保證兩軸和中間軸的夾角(jiājiǎo)相等，并且中間軸的兩端的叉形接頭在同一平面內(nèi)。此時，。精品資料2）有彈性元件撓性聯(lián)軸器因聯(lián)軸器中裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的減振能力越強。這類聯(lián)軸器的品種多，應用(yìngyòng)廣泛。萬向聯(lián)軸器可用于相交兩軸間的聯(lián)接，或工作時有較大(jiàodà)角位移的場合。傳遞轉(zhuǎn)矩和運動可靠，結(jié)構比較緊湊，傳動效率較高，維修保養(yǎng)比較方便。精品資料a.彈性(tánxìng)圓柱銷聯(lián)軸器結(jié)構和凸緣(tūyuán)聯(lián)軸器類似，但用套有彈性圈的柱銷代替了聯(lián)接螺栓。精品資料結(jié)構比較簡單，制造容易，不用潤滑，彈性圈更換方便，具有(jùyǒu)一定的補償兩軸線相對偏移和減振、緩沖性能。多用于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)(fǎnzhuǎn)，啟動頻繁，轉(zhuǎn)速較高的場合。安裝時，要注意留出間隙c，以便兩軸工作時能作少量的相對軸向位移。精品資料b.尼龍(nílóng)柱銷聯(lián)軸器可看作彈性(tánxìng)圈柱銷聯(lián)軸器簡化而成。采用尼龍柱銷代替彈性圈和金屬柱銷。在柱銷兩端配置擋圈，防止柱銷滑出。裝配時要留間隙。精品資料結(jié)構簡單，安裝、制造容易，耐久性好，也有吸振和補償軸向位移(wèiyí)的能力。多用于軸向竄動量較大，經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)，啟動頻繁，轉(zhuǎn)速較高的場合和帶載啟動的高、低速(dīsù)傳動軸系，可代替彈性圈柱銷連軸器。不宜用于可靠性要求高、重載和具有強烈沖擊與振動的場合。對徑向與角向位移大、安裝精度低的傳動軸系，也不宜選用。精品資料剪切銷安全(ānquán)聯(lián)軸器有單剪和雙剪的兩種。3.其他(qítā)聯(lián)軸器1）剪切銷安全聯(lián)軸器單剪的安全聯(lián)軸器的結(jié)構類似凸緣聯(lián)軸器，用鋼制銷釘聯(lián)接。精品資料2）帶制動(zhìdònɡ)輪單面鼓形聯(lián)軸器用螺栓(luóshuān)3將半聯(lián)軸器1、制動輪2及內(nèi)齒圈4聯(lián)接在一起，采用循環(huán)冷卻、潤滑。精品資料選用(xuǎnyòng)的基本步驟為：選擇(xuǎnzé)聯(lián)軸器的類型計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩進行必要的承載能力校核規(guī)定部件相應的安裝精度協(xié)調(diào)軸孔直徑校核最大轉(zhuǎn)矩確定聯(lián)軸器的型號三、聯(lián)軸器的選擇精品資料1.聯(lián)軸器類型(lèixíng)的選擇應全面了解工作載荷的大小和性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、工作環(huán)境等，結(jié)合常用聯(lián)軸器的性能、應用范圍及使用場合選擇(xuǎnzé)聯(lián)軸器的類型。（1）所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)，對緩沖、減振功能的要求以及是否可能發(fā)生共振等。（2）聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸軸線的相對位移。即由制造和裝配誤差、軸受載和熱膨脹變形以及部件之間的相對運動等引起聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸線的相對位移程度。（3）許用的外形和尺寸的安裝方法。為了便于裝配、調(diào)整和維修，應考慮必需的操作空間。對于大型的聯(lián)軸器，應能在軸不需要作軸向移動的條件下實現(xiàn)裝拆。精品資料（4）聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速。當n≥5000r/min時，應考慮聯(lián)軸器外緣(wàiyuán)的離心應力和彈性元件的變形等因素，并應進行平衡試驗。高速時，不應選用非金屬彈性元件和可動元件之間有間隙的撓性聯(lián)軸器。此外(cǐwài)，還應考慮工作環(huán)境、使用壽命以及潤滑、密封和經(jīng)濟性等條件，再參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。2.聯(lián)軸器型號、尺寸的確定選定合適類型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構尺寸。聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩TCa：取軸上的最大轉(zhuǎn)矩。精品資料式中，T為聯(lián)軸器所需傳動(chuándòng)的名義轉(zhuǎn)矩；TCa為聯(lián)軸器所需傳動(chuándòng)的計算轉(zhuǎn)矩；KA為工作情況系數(shù)。式中，[T]為所選聯(lián)軸器型號的選用轉(zhuǎn)矩；n為被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速；nmax為所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速。根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等，由下面條件選取型號和結(jié)構尺寸：精品資料精品資料離合器是機械(jīxiè)裝置中常用的部件。（1）外力(wàilì)操縱式離合器在機器運轉(zhuǎn)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；§9-2離合器一、離合器的功能與類型1）離合器的功能2）離合器的類型分機械式、電磁式、液壓式和氣動式等等。（2）自動式離合器離心式、安全式、定向式等等。精品資料精品資料精品資料3）對離合器的基本(jīběn)要求分離、接合迅速，平穩(wěn)(píngwěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠；結(jié)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(diào)整維修方便。精品資料二、常見(chánɡjiàn)離合器的結(jié)構特點1.牙嵌離合器由端面帶齒的兩個半離合器組成，通過嚙合(nièhé)的齒來傳遞轉(zhuǎn)矩。精品資料該離合器沿圓柱面上的展開(zhǎnkāi)齒形有三角形、矩形、梯形和鋸齒形。三角形齒結(jié)合和分離(fēnlí)容易，但齒的強度較弱，多用于傳遞小轉(zhuǎn)矩。梯形和鋸形齒強度較高，結(jié)合和分離也較容易，多用于傳遞大轉(zhuǎn)矩，但鋸形齒只能單向工作，反轉(zhuǎn)時工作面將受較大的軸向分力，迫使離合器自行分離。矩形齒制造容易，但須在齒與槽對準時方能結(jié)合，結(jié)合困難，同時結(jié)合以后，齒與齒接觸的工作面間無軸向分力作用，分離困難，故應用較少。精品資料牙嵌離合器結(jié)構簡單，外廓尺寸小，接合后兩半離合器沒有(méiyǒu)相對滑動，但只宜在兩軸的轉(zhuǎn)速差較小或相對靜止的情況下接合；否則，齒與齒之間會發(fā)生很大沖擊，影響齒的壽命。2.圓盤(yuánpán)摩擦離合器依靠兩接觸面之間的摩擦力，使主、從動軸結(jié)合和傳遞轉(zhuǎn)矩。特點①能在不停車或兩軸具有任何大小轉(zhuǎn)速差的情況下進行接合；②控制離合器的接合過程，就能調(diào)節(jié)從動軸的加速時間，減少接合時的沖擊和振動，實現(xiàn)平穩(wěn)的接合；③過載時，摩擦面間將發(fā)生打滑，可以避免其他零件的損壞。精品資料1）單片式圓盤(yuánpán)摩擦離合器由兩個(liǎnɡɡè)半離合器組成。能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為：式中，Q為兩片摩擦片間的軸向壓力；f為摩擦系數(shù)；Rm為平均直徑。取環(huán)形接合面的外徑為D1，內(nèi)徑為D2，則：精品資料單片式摩擦離合器結(jié)構簡單(jiǎndān)，散熱性好，但傳遞的轉(zhuǎn)矩較小。2）多片式圓盤(yuánpán)摩擦離合器精品資料內(nèi)、外摩擦片的結(jié)構形狀如圖。若將內(nèi)摩擦片改為碟形，使其具有一定的彈性，則離合器分離(fēnlí)時摩擦片能自行彈開，接合時也較平穩(wěn)。精品資料多片式摩擦(mócā)離合器能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為：式中，z為接合(jiēhé)摩擦面數(shù)。摩擦工作表面的外徑和內(nèi)徑之比常取1.5～2。摩擦片數(shù)目一般不超過10～15對。摩擦離合器的工作過程一般可分為接合、工作和分離三個階段。為限制磨損和發(fā)熱，應使接合面上的壓強p不超過選用壓強。精品資料式中，D1、D2分別為環(huán)形(huánxínɡ)接合面的外徑和內(nèi)徑；Q為軸向壓力(yālì)；[p]為許用壓強。許用壓強為基本許用壓強[p0]與系數(shù)k1、k2、k3的乘積。式中，k1、k2、k3分別為因離合器的平均圓周速度、主動摩擦片以及每小時的接合次數(shù)不同而引入的修正系數(shù)。精品資料精品資料精品資料3.磁粉離合器由磁鐵輪芯5，環(huán)形激勵線圈(xiànquān)4，從動外鼓輪2和齒輪1組成。從動外鼓輪2與齒輪1相連，并與磁鐵輪芯間約有0.5~2mm的間隙，內(nèi)裝鐵粉和油或石墨的混合物3。當勵磁線圈(xiànquān)中無電流時，散砂似的粉末不阻礙主、從動件之間的相對運動，離合器處于分離狀態(tài)。精品資料該離合器接觸平穩(wěn)，使用壽命長，可以遠距離操縱(cāozòng)，但尺寸和重量較大。當通入電流時，電磁粉末即在磁場作用下被吸引而聚集，從而將主、從動件聯(lián)系(liánxì)起來，離合器即接合。4.自動離合器自動離合器是一種能根據(jù)機器運轉(zhuǎn)參數(shù)的變化而自動完成接合與分離動作的離合器。常見的自動離合器有安全離合器、離心式離合器和定向離合器。精品資料安全(ānquán)聯(lián)軸器離合器21）安全(ānquán)離合器安全離合器在所傳遞的轉(zhuǎn)矩超過一定數(shù)值時自動分離。摩擦式安全離合器的基本構造與一般摩擦式離合器基本相同，只是沒有操縱機構。通過調(diào)整螺釘1來調(diào)整彈簧2對內(nèi)、外摩擦片組3、4的壓緊力，從而控制離合器所能傳遞的極限轉(zhuǎn)矩。精品資料牙嵌式安全離合器的基本構造與牙嵌離合器基本相同，只是牙面的傾角較大，工作時嚙合牙面間能產(chǎn)生較大的軸向力Fa。該離合器沒有操縱機構，而用一根彈簧壓緊機構使兩個半離合器接合，當轉(zhuǎn)矩超過一定值時，F(xiàn)a將超過彈簧壓緊力和有關(yǒuguān)的摩擦阻力，半離合器1就會向左滑移，使離合器分離；當轉(zhuǎn)矩變小又自動接合。精品資料2）離心式離合器在兩個拉伸螺旋彈簧的彈力作用下，主動部分的一對閘塊與從動部分的鼓輪脫開；當轉(zhuǎn)速達到某一數(shù)值后，離心力增加到能克服彈簧拉力時，便使閘塊繞其支點(zhīdiǎn)向外擺動與從動鼓輪壓緊，離合器即進入接合狀態(tài)。當接合面上產(chǎn)生的摩擦力矩足夠大時，主、從動軸即一起轉(zhuǎn)動。精品資料3）定向(dìnɡxiànɡ)離合器當星輪為主動輪并作順時針回轉(zhuǎn)時，滾柱將被摩擦力轉(zhuǎn)動而滾向空隙的收縮部分，并楔緊在星輪和套筒間，使套筒隨星輪一同回轉(zhuǎn)，離合器即進入接合狀態(tài)。當星輪反向回轉(zhuǎn)時，滾柱即被滾到空隙的寬敞部分，這時離合器即處于分離狀態(tài)。因而定向離合器只能傳遞單方向的轉(zhuǎn)矩，可在機械(jīxiè)中用來防止逆轉(zhuǎn)及完成單向傳動。精品資料如果星輪仍順時針旋轉(zhuǎn)，而外圈還能從另一條運動鏈獲得與星輪轉(zhuǎn)向相同但轉(zhuǎn)速(zhuànsù)較大的運動時，按相對運動原理，離合器將處于分離狀態(tài)。此時星輪和外圈互不相干，各自以不同(bùtónɡ)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，稱之為自由行走離合器。該離合器接合與分離與星輪和外圈之間的轉(zhuǎn)速差有關，又稱超越離合器。常用于汽車、拖拉機和機床設備中。精品資料三、離合器的選用(xuǎnyòng)嵌入式離合器的結(jié)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(shìyòng)于低速接合，轉(zhuǎn)矩不大的場合；摩擦式離合器可在任何轉(zhuǎn)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?。豢捎羞^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。電磁摩擦離合器可實現(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。首先根據(jù)機器的工作特點和使用條件，結(jié)合各種離合器的性能特點，確定離合器的類型。然后根據(jù)被聯(lián)接的兩軸直徑，計算轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，查出適當?shù)男吞?，必要時，可對其薄弱環(huán)節(jié)進行承載能力校核。精品資料§9-3制動器用來降低機械速度(sùdù)或使機械停止運轉(zhuǎn)，有時也用作限速裝置。一、制動器的功能(gōngnéng)與類型1）制動器的功能2）制動器的類型瓦塊制動器、內(nèi)張?zhí)闶街苿悠?、帶式制動器、鉗盤式制動器等。制動器的結(jié)構、特點和應用見表9－8和圖9－22至圖9－24。精品資料精品資料精品資料二、制動器的組成(zǔchénɡ)制動器主要(zhǔyào)組成部分一般包括：（1）制動架或殼體制動器的基礎件，起聯(lián)系或組裝其他零、部件的作用；（2）緊閘裝置使制動器起制動作用的緊閘部件；（3）松閘裝置使制動器不起制動作用的部件，即松閘部件；精品資料（5）調(diào)整(tiáozhěng)裝置調(diào)整(tiáozhěng)制動器退距均等的機構；（6）輔助(fǔzhù)裝置由制動瓦塊的復位裝置等其他零、部件組成。（4）摩擦副即制動輪/盤和制動瓦塊，制動器執(zhí)行制動的對偶件；精品資料精品資料構造簡單(jiǎndān)、可靠，制造與安裝方便，雙瓦塊無軸向力，維修方便，價格便宜。各種起重運輸機械，石油機械，礦山機械，挖掘機械，冶金(yějīn)機械及設備，建筑機械，船舶機械等。有沖擊和振動。精品資料精品資料結(jié)構緊湊，構造復雜，制動(zhìdònɡ)不夠平穩(wěn)，散熱性差；制動(zhìdònɡ)鼓的熱膨脹影響制動(zhìdònɡ)性能。各種(ɡèzhǒnɡ)車輛多用。價格貴，維修不方便，逐漸被盤式制動器所代替。精品資料精品資料結(jié)構簡單(jiǎndān)、緊湊，包角大，因而制動力矩大。各種卷揚機，機床，汽車起重機的提升機構，要求(yāoqiú)緊湊的機構，裝在低速軸或卷筒上的安全制動器。制動輪軸受有較大的彎曲力，制動帶的比壓力分布不均勻。精品資料三、制動器選擇(xuǎnzé)的原則和方法1.制動器選擇(xuǎnzé)的原則1）配套主機的性能和結(jié)構起重機、礦山機械的提升機構，須選用常閉式制動器。行走、回轉(zhuǎn)機構，推薦選用常開式制動器。精品資料2）配套主機(zhǔjī)的使用環(huán)境、工作條件和保養(yǎng)條件主機(zhǔjī)上有液壓站，則選用帶液壓的制動器。主機要求干凈，并有直流電源時，選用直流短程電磁鐵制動器。制動平穩(wěn)，無噪聲，選用液壓制動器或磁紛制動器。3）經(jīng)濟性通常裝在機械傳動中的高速軸上。制動力矩小，體積小，重量輕，但安全可靠性差。4）制動器的安裝位置和容量安裝在低速軸上則相反。精品資料2.制動器的選擇(xuǎnzé)方法首先根據(jù)機器的工作特點和使用(shǐyòng)條件，結(jié)合制動器的性能特點，按選擇原則，確定合適的制動器的類型和結(jié)構；然后根據(jù)機器運轉(zhuǎn)情況計算制動軸上的負載轉(zhuǎn)矩，并考慮一定的安全儲備，求出計算制動轉(zhuǎn)矩；以計算制動轉(zhuǎn)矩為依據(jù)，選出標準型號后，再進行必要的發(fā)熱、制動時間等驗算。設計或選擇制動器時，主要依據(jù)