機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第5版）課件：聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器

聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器概述

聯(lián)軸器和離合器用于軸與軸之間的聯(lián)接，使其一起回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件。聯(lián)軸器：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離，只有機(jī)器停車(chē)后，經(jīng)過(guò)拆卸才能分離。離合器：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，兩軸可隨時(shí)分離或接合。制動(dòng)器：制動(dòng)器是對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)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。它們大多已標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需要從設(shè)計(jì)手冊(cè)中選用。卷?yè)P(yáng)機(jī)示意圖1—電動(dòng)機(jī)2—聯(lián)軸器3—減速器4—離合器5—卷筒6—制動(dòng)器聯(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，不能?chē)?yán)格對(duì)中。可能發(fā)生的偏移形式如圖所示。第一節(jié)聯(lián)軸器一.兩軸間可能發(fā)生的相對(duì)位移為保證軸的正常工作，應(yīng)選用不同類(lèi)型的聯(lián)軸器以適應(yīng)和補(bǔ)償不同位移的要求。兩軸軸線(xiàn)的相對(duì)位移a)軸向位移xb)角度位移αc)徑向位移yd)綜合位移x、y、α1.剛性聯(lián)軸器只能傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，不具備補(bǔ)償功能。二.聯(lián)軸器的類(lèi)型：

剛性聯(lián)軸器

聯(lián)軸器無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器有彈性元件的撓性聯(lián)軸器安全聯(lián)軸器

1)套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，根據(jù)軸徑尺寸自行設(shè)計(jì)。但軸向尺寸較大，裝拆時(shí)需設(shè)備作較大軸向位移。多用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)速較低，能做軸向裝拆的場(chǎng)合。多用于機(jī)床和儀表設(shè)備中。套筒聯(lián)軸器a)用圓錐銷(xiāo)連接b)用平鍵和緊定螺釘連接2)凸緣聯(lián)軸器a)用普通螺栓連接普通螺栓聯(lián)接時(shí)的工作原理：兩個(gè)半聯(lián)軸器依靠螺栓的預(yù)緊力在結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩凸緣聯(lián)軸器（用凸肩和凹槽對(duì)中)特點(diǎn)及應(yīng)用：對(duì)中精度高，傳遞轉(zhuǎn)矩較大。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。用于載荷平穩(wěn)無(wú)沖擊、轉(zhuǎn)速低、軸的剛性大、要求嚴(yán)格對(duì)中的場(chǎng)合。材料：中小載荷及v

30m/s時(shí)，選用灰鑄鐵或碳鋼;

重載及v>30m/s時(shí)，選用鑄鋼或鍛鋼。

鉸制孔螺栓聯(lián)接時(shí)的工作原理：兩個(gè)半聯(lián)軸器依靠螺栓受剪切和擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。

b)用絞制孔螺栓連接2.撓性聯(lián)軸器1）無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器不僅能傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，而且具有不同程度的軸向、徑向、角向補(bǔ)償性能。是利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動(dòng)聯(lián)接，具有某一方向或幾個(gè)方向的活動(dòng)度來(lái)補(bǔ)償。但無(wú)彈性元件，故不能緩沖和減振。

常用的有以下幾種：結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)端面開(kāi)有徑向凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面帶有互相垂直凸牙的中間盤(pán)組成，凸牙分別嵌入兩半聯(lián)軸器的凹槽中。凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的相對(duì)位移。

a十字滑塊聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器1、3－半聯(lián)軸器2－中間圓盤(pán)材料：一般用45鋼，摩擦表面應(yīng)淬硬,HRC>55。要求低時(shí)也可用Q235,不進(jìn)行熱處理。特點(diǎn)及應(yīng)用：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可補(bǔ)償兩軸的偏移。起動(dòng)時(shí)有沖擊，摩擦面易磨損。允許的徑向位移量允許的角位移量用于軸的剛度大，無(wú)劇烈沖擊處。為減小摩擦和磨損，使用中應(yīng)從中間盤(pán)的油孔定期注油潤(rùn)滑。結(jié)構(gòu)：與十字滑塊聯(lián)軸器相似，由兩個(gè)寬溝槽的半聯(lián)軸器及中間盤(pán)組成，中間盤(pán)改為方形滑塊。b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(rùn)滑作用；特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊；應(yīng)用：小功率、高轉(zhuǎn)速、無(wú)劇烈沖擊處。C.十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器—用于聯(lián)接兩交叉軸。

a)單萬(wàn)向聯(lián)軸器由兩個(gè)叉形接頭1、3，一個(gè)中間連接件2和銷(xiāo)軸4、5組成，銷(xiāo)軸4與5互相垂直配置并分別把兩個(gè)叉形接頭與中間連接件2連接起來(lái)，構(gòu)成可動(dòng)聯(lián)接。允許兩軸夾角達(dá)350~450。該聯(lián)軸器的缺點(diǎn)是：當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度ω1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，而從動(dòng)軸的角速度ω3不是常數(shù)，其變化范圍為：故在傳動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷。

b）.雙萬(wàn)向聯(lián)軸器由兩個(gè)單萬(wàn)向聯(lián)軸器組成，當(dāng)安裝時(shí)保證O1軸、O3軸與中間軸的夾角相等，并且中間軸兩端的叉形接頭位于同一平面內(nèi)時(shí)，可使兩軸的角速度相等。即：聯(lián)軸器除鉚釘材料為20號(hào)鋼外，其余零件材料多為合金鋼，以減小尺寸和提高耐磨性。該類(lèi)聯(lián)軸器廣泛用于汽車(chē)、拖拉機(jī)及機(jī)床等機(jī)械中，小型的已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可按標(biāo)準(zhǔn)選用。

d.齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)帶內(nèi)齒和凸緣的外套筒3和兩個(gè)帶外齒的內(nèi)套筒1組成。兩個(gè)內(nèi)套筒分別用鍵與兩軸聯(lián)接，兩個(gè)外套筒用螺栓聯(lián)成一體。通過(guò)內(nèi)、外齒嚙合傳遞扭矩。由油孔4注油潤(rùn)滑，在內(nèi)、外套筒間加裝密封，以防潤(rùn)滑油泄漏。齒形為漸開(kāi)線(xiàn)，嚙合角為200，齒數(shù)為30~80，齒輪材料為45鋼或ZG310-570。特點(diǎn)：

a.內(nèi)、外套間具有較大的軸向間隙，適應(yīng)兩軸的軸向偏移。

b.內(nèi)、外齒輪間具有較大的側(cè)隙和頂隙，適應(yīng)兩軸的徑向偏移。

c.外齒輪的齒頂作成球面，沿齒向作成鼓形，適應(yīng)兩軸的角度偏移。角偏移可達(dá)30。該種聯(lián)軸器適用于有較大綜合偏移的兩軸聯(lián)接，多對(duì)齒同時(shí)工作，能傳遞大扭矩，便于安裝，多用重型機(jī)械。齒輪聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化。e.滾子鏈聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：用雙排鏈條同時(shí)與兩個(gè)齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接。為改善潤(rùn)滑和防止污染，一般加裝密封罩。特點(diǎn)：

a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，質(zhì)量小，裝拆方便，維修容易，價(jià)格便宜。具有一定的補(bǔ)償性能和緩沖性能。

b)由于鏈節(jié)與輪齒間存在間隙，不宜用于逆向傳動(dòng)、起動(dòng)頻繁和立軸傳動(dòng)。

c)受離心力影響，不宜用于高速傳動(dòng)。能傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩；具有不同程度的軸向、徑向、角向補(bǔ)償性能；還具有不同程度的減振、緩沖作用，能改善傳動(dòng)系統(tǒng)的工作性能。2)有彈性元件的撓性聯(lián)軸器a.彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：

在結(jié)構(gòu)上與凸緣聯(lián)軸器相似，用套有彈性圈的柱銷(xiāo)代替螺栓聯(lián)接。通過(guò)蛹狀彈性套傳遞扭矩，可緩沖減振。柱銷(xiāo)末端為錐形，便于對(duì)中和裝拆。半聯(lián)軸器與軸配合的孔圓柱形圓錐形彈性圈多用耐油橡膠或皮革制造。特點(diǎn)及應(yīng)用：易于制造，裝拆方便，成本較低，允許兩軸有綜合位移。當(dāng)偏斜角大時(shí)，彈性圈易磨損。適用于聯(lián)接載荷平穩(wěn)，頻繁起動(dòng)，需正、反轉(zhuǎn)，傳遞中、小轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速較高的軸。

彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化，可按標(biāo)準(zhǔn)選用。必要時(shí)需驗(yàn)算彈性套與孔壁間的擠壓應(yīng)力和柱銷(xiāo)的彎曲應(yīng)力。b.彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器

以木銷(xiāo)（榆、胡桃）酚醛布棒、尼龍銷(xiāo)代替彈性套柱銷(xiāo)。兩端有檔板，防止柱銷(xiāo)脫落。特點(diǎn)：比彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的承載能力大，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、裝拆方便、耐久性好。其它特性及應(yīng)用與彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器相近。C.梅花形彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器的軸孔為圓柱形或圓錐形。裝配時(shí)將梅花形彈性件的花瓣部分夾緊在兩半聯(lián)軸器端面凸齒交錯(cuò)插進(jìn)所形成的齒側(cè)空間。彈性元件材料：不同硬度的聚氨酯橡膠或鑄型尼龍等。工作范圍：工作溫度：短時(shí)工作溫度可達(dá)1000C傳遞的公稱(chēng)扭矩：16~25000Nm。d.輪胎式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：彈性件用橡膠或橡膠織物制作，制成輪胎形狀。輪胎兩端用壓板2和螺釘3分別壓在兩個(gè)半聯(lián)軸器上。優(yōu)點(diǎn)：富有彈性，消振能力強(qiáng)，能有效地降低動(dòng)載荷和補(bǔ)償較大的軸向位移，絕緣性好，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)噪聲。缺點(diǎn)：徑向尺寸大，轉(zhuǎn)矩大時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加軸向載荷。3.剪切銷(xiāo)安全聯(lián)軸器

安全聯(lián)軸器的作用是，當(dāng)工作轉(zhuǎn)矩超過(guò)機(jī)器允許的極限轉(zhuǎn)矩時(shí)，聯(lián)接件將發(fā)生折斷，從而使機(jī)器停止傳動(dòng)，以保護(hù)機(jī)器中的重要零件不致?lián)p壞。

剪切銷(xiāo)安全聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似凸緣聯(lián)軸器，但不用螺栓，而用鋼制銷(xiāo)釘連接。過(guò)載時(shí)銷(xiāo)釘被剪斷，銷(xiāo)釘直徑按剪切強(qiáng)度計(jì)算。銷(xiāo)釘材料采用45鋼淬火或高碳工具鋼，準(zhǔn)備剪斷處應(yīng)預(yù)先切槽，使剪斷處的殘余變形最小，以免毛刺過(guò)大，有礙于更換報(bào)廢的銷(xiāo)釘。由于銷(xiāo)釘材料力學(xué)性能的不穩(wěn)定，以及尺寸制造誤差等原因，致使工作精度不高；銷(xiāo)釘剪斷后，不能自動(dòng)恢復(fù)工作，必須停車(chē)更換銷(xiāo)釘。多用于很少過(guò)載的機(jī)器。三聯(lián)軸器的選擇1.類(lèi)型選擇1）軸的同心條件能保證兩軸同心時(shí)，應(yīng)選用剛性聯(lián)軸器，否則應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器，以補(bǔ)償兩軸間的偏移。2)載荷條件載荷平穩(wěn)或變動(dòng)不大時(shí)，可選用剛性聯(lián)軸器；對(duì)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)、載荷變動(dòng)較大時(shí)應(yīng)選用彈性聯(lián)軸器。3)速度條件各類(lèi)聯(lián)軸器都規(guī)定了轉(zhuǎn)速范圍，轉(zhuǎn)速高時(shí)宜選用彈性聯(lián)軸器。4)使用、安裝及維護(hù)條件有橡膠、尼龍等元件的聯(lián)軸器，不宜用在環(huán)境溫度高的場(chǎng)合。在滿(mǎn)足工作要求條件下，應(yīng)力求裝拆、安裝及更換元件方便。2.型號(hào)選擇對(duì)于已標(biāo)準(zhǔn)化的聯(lián)軸器，依據(jù)配合軸的直徑、計(jì)算扭矩、軸的轉(zhuǎn)速?gòu)臉?biāo)準(zhǔn)中選擇型號(hào)和尺寸。必要時(shí)對(duì)易損件進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器，先參考同類(lèi)型聯(lián)軸器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后作必要的校核計(jì)算。應(yīng)使：K—工作情況系數(shù)，表13-1(13-1)第二節(jié)離合器要求：*接合、分離迅速而平穩(wěn)；

*操縱方便省力；

*調(diào)節(jié)和修理方便；

*外輪廓尺寸小、重量輕；

*耐磨性好，有足夠的散熱能力。常用類(lèi)型：牙嵌式、摩擦式。一、牙嵌離合器：

牙嵌式離合器是嚙合式離合器，靠齒的嚙合傳遞扭矩。已標(biāo)準(zhǔn)化，具體尺寸查手冊(cè)。1.主動(dòng)半離合器：固定在主動(dòng)軸上2.從動(dòng)半離合器：用導(dǎo)鍵或花鍵與從動(dòng)軸連接，可在從動(dòng)軸上作軸向移動(dòng)3.對(duì)中環(huán)：固定在主動(dòng)半離合器上，保證離合器對(duì)中。4.操縱環(huán)結(jié)構(gòu)牙型三角形：低速，中、小扭矩.矩形：很少用，接合、分離困難，磨損后間隙無(wú)法補(bǔ)償。梯形：強(qiáng)度高，能自動(dòng)補(bǔ)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(qiáng)度高，可傳遞更大扭矩，但只能單方向工作。選材及熱處理要求離合器要經(jīng)常離合，承受沖擊載荷，故要求牙面具有較高的硬度，心部應(yīng)有足夠的韌性。常用材料：低碳鋼，表面滲碳淬火，HRC56~62。中碳鋼，淬火，HRC48~54。不重要的或靜止時(shí)接合的，鑄鐵。特點(diǎn)及應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外廓尺寸小，結(jié)合后兩軸不會(huì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作可靠。適用于低速結(jié)合，扭矩不大場(chǎng)合。計(jì)算時(shí)主要驗(yàn)算牙根處的彎曲強(qiáng)度；和離合器牙面的壓強(qiáng)二、摩擦式離合器1.單圓盤(pán)摩擦離合器靠接觸面的摩擦力矩傳遞扭矩設(shè)摩擦力的合力作用在摩擦盤(pán)的平均半徑R的圓周上，則可傳遞的最大扭矩為：Tmax=FfR2.多盤(pán)摩擦離合器有兩組摩擦盤(pán)，一組外摩擦盤(pán)5可隨1軸轉(zhuǎn)動(dòng)。另一組內(nèi)摩擦盤(pán)6可隨3軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)滑環(huán)7和曲臂壓桿8控制兩組摩擦盤(pán)的離合，使離合器處于脫開(kāi)或結(jié)合狀態(tài)。摩擦離合器的操縱方法；機(jī)械的、電磁的、氣動(dòng)的、和液壓的等數(shù)種。摩擦盤(pán)結(jié)構(gòu)圖a)外摩擦盤(pán)b)內(nèi)摩擦盤(pán)多盤(pán)摩擦離合器的優(yōu)缺點(diǎn)任何速度時(shí)都能接合或分離；接合過(guò)程平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)?。粡膭?dòng)軸的加速時(shí)間和所傳遞的最大扭矩可以調(diào)節(jié)；過(guò)載打滑，保護(hù)重要零