機械設(shè)計基礎(chǔ)課件 模塊11 其他常用零部件分析與設(shè)計

模塊11其他常用零部件分析與設(shè)計單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計單元11.2典型離合器與制動器模塊11其他常用零部件分析與設(shè)計【學習目標】學習聯(lián)軸器、離合器以及制動器的結(jié)構(gòu)類型、特點。完成對聯(lián)軸器、離合器以及制動器進行合理的選用和正確的維護?！局R要點】（1）剛性聯(lián)軸器、無彈性元件的可位移聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器；（2）各種類型聯(lián)軸器的特點、應(yīng)用；（3）牙嵌式離合器、摩擦式離合器、電磁式離合器、安全離合器、超越離合器；（4）各種類型離合器的特點、應(yīng)用；（5）帶式制動器、內(nèi)漲蹄式制動器。單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。在選擇聯(lián)軸器時，首先應(yīng)根據(jù)工作條件和使用要求確定聯(lián)軸器的類型，然后再根據(jù)聯(lián)軸器所傳遞的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和被聯(lián)接軸的直徑確定其結(jié)構(gòu)尺寸。聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造和安裝誤差、受載變形、溫度變化和機座下沉等原因，可能產(chǎn)生軸線的徑向、軸向、角度或綜合位移，如圖13-1所示。因此，要求聯(lián)軸器在傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的同時，還應(yīng)具有一定范圍的補償軸線位移、緩沖吸振的能力。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。圖11-1聯(lián)軸器所聯(lián)接兩軸的位移形式（a）軸向位移△x（b）徑向位移△y（c）角度位移△α（d）綜合位移△x、△y、△α單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計11.1.1剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器對軸線的位移沒有補償能力，適用于載荷平穩(wěn)、兩軸對中性好的場合。常用的剛性聯(lián)軸器有套筒聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器等。1.

套筒聯(lián)軸器如圖11-2所示，套筒聯(lián)軸器是利用套筒和聯(lián)接零件，即鍵或銷，將兩軸聯(lián)接起來。圖11-2（a）中的螺釘用作軸向固定，圖11-2（b）中的錐銷，當軸超載時會被剪斷，可起到安全保護作用。套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、徑向尺寸小、容易制造。適用于載荷不大、工作平穩(wěn)、兩軸嚴格對中、頻繁起動、軸上轉(zhuǎn)動慣量要求小的場合。

（a）鍵聯(lián)接

（b）銷聯(lián)接圖11-2套筒聯(lián)軸器單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計2.

凸緣聯(lián)軸器如圖13-3所示，凸緣聯(lián)軸器由兩個帶凸緣的半聯(lián)軸器和一組螺栓組成。這種聯(lián)軸器有兩種對中方式：一種是通過分別具有凸槽和凹槽的兩個半聯(lián)軸器的相互嵌合來對中，半聯(lián)軸器之間采用普通螺栓聯(lián)接，如圖11-3上半部所示；另一種是通過鉸制孔用螺栓與孔的緊配合對中，如圖11-3下半部所示。當尺寸相同時后者傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，且裝拆時軸不必作軸向移動。凸緣聯(lián)軸器的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，但要求兩軸的同軸度要好。適用于剛性大、振動沖擊小和低速大轉(zhuǎn)矩的聯(lián)接場合，是應(yīng)用最廣的一種剛性聯(lián)軸器。圖11-3凸緣聯(lián)軸器單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計11.1.2無彈性元件的可位移聯(lián)軸器常用的無彈性元件的可位移聯(lián)軸器有：十字滑塊聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器和齒式聯(lián)軸器等。1.

十字滑塊聯(lián)軸器如圖11-4所示，由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器1、3和一個兩端面均帶有凸牙的中間盤2組成，中間盤兩端面的凸牙位于互相垂直的兩個直徑方向上，并在安裝時分別嵌入1、3的凹槽中。由于凸牙可在凹槽中滑動，故可補償安裝及運轉(zhuǎn)時兩軸間的徑向位移和角位移。由于半聯(lián)軸器與中間盤組成移動副，不能相對轉(zhuǎn)動，故主動軸與從動軸的角速度應(yīng)相等。但在兩軸間有偏移的情況下工作時，中間盤會產(chǎn)生很大的離心力，故其工作轉(zhuǎn)速不宜過大。圖11-4十字滑塊聯(lián)軸器單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計如圖11-5（a）所示，萬向聯(lián)軸器是由分別裝在兩軸端的叉形接頭1、3以及與叉頭相聯(lián)的十字軸2組成。這種聯(lián)軸器允許兩軸間有較大的夾角α（最大可達35°～45°），且機器工作時即使夾角發(fā)生改變?nèi)钥烧鲃?，但α過大會使傳動效率顯著降低。（a）單萬向聯(lián)軸（b）雙萬向聯(lián)軸器圖11-5萬向聯(lián)軸器2.

萬向聯(lián)軸節(jié)單萬向聯(lián)軸器的缺點是當主動軸角速度ω1為常數(shù)時，從動軸的角速度ω3并不是常數(shù)，而是在一定范圍內(nèi)變化，這在傳動中會引起附加載荷。所以一般將兩個單萬向聯(lián)軸器成對使用，如圖11-5（b）所示。但安裝時應(yīng)注意必須保證三個條件：（1）中間軸上兩端的叉形接頭在同一平面內(nèi)；（2）使主、從動軸與中間軸的夾角相等α1=α3，這樣才可保證ω1=ω3；（3）主、從動軸與中間軸的軸線應(yīng)共面。

單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計3.

齒式聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器應(yīng)用較廣泛，它是利用內(nèi)外齒嚙合來實現(xiàn)兩個半聯(lián)軸器的聯(lián)接。如圖11-6所示，它由兩個內(nèi)齒圈2、3和兩個外齒輪軸套1、4組成。安裝時兩內(nèi)齒圈用螺栓聯(lián)接，兩外齒輪軸套通過過盈配合（或鍵）與軸聯(lián)接，并通過內(nèi)、外齒輪的嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩。這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、適用速度范圍廣，但制造困難，適用于重載高速的水平軸聯(lián)接。為了使這種聯(lián)軸器具有良好的補償兩軸綜合位移的能力，可將外齒頂制成球面，使齒頂與齒側(cè)均留有較大的間隙，還可將外齒輪輪齒做成鼓形齒。圖11-6齒式聯(lián)軸器單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計11.1.3彈性聯(lián)軸器1.

彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，只是用套有彈性套的柱銷代替了聯(lián)接螺栓，利用彈性套的彈性變形來補償兩軸的相對位移。這種聯(lián)軸器重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，但彈性套易磨損、壽命較短，用于沖擊載荷小、啟動頻繁的中、小功率傳動中。2.彈性柱銷聯(lián)軸器這種聯(lián)軸器與彈性套柱銷聯(lián)軸器很相似，僅用彈性柱銷（通常用尼龍制成）將兩個半聯(lián)軸器聯(lián)接起來。它傳遞轉(zhuǎn)矩的能力更大、結(jié)構(gòu)更簡單、耐用性好，用于軸向竄動較大、正反轉(zhuǎn)或啟動頻繁的場合。單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計11.1.4聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計算：式中：

T—名義轉(zhuǎn)矩，N·m；TC—計算轉(zhuǎn)矩，N·m；K—工作情況系數(shù)，由配套資源表11-1查取。在選擇聯(lián)軸器型號時，應(yīng)同時滿足下列兩式：式中Tm、[n]分別為聯(lián)軸器的額定轉(zhuǎn)矩（單位為N·m）和許用轉(zhuǎn)速（單位為r/min），此二值在相關(guān)手冊中可查出。單元11.2典型離合器與制動器用離合器聯(lián)接的兩軸可在機器運轉(zhuǎn)過程中隨時進行接合或分離。離合器按其工作原理可分為牙嵌式、摩擦式和電磁式三類；按控制方式可分為操縱式和自動式兩類。操縱式離合器需要借助于人力或動力（如液壓、氣壓、電磁）進行操縱；自動式離合器不需要外來操縱，可在一定條件下實現(xiàn)自動分離和接合。制動器的主要作用是降低機械運轉(zhuǎn)速度或迫使機械停止轉(zhuǎn)動，制動器多數(shù)已標準化，可根據(jù)需要選用。常用的有帶式制動器、內(nèi)漲蹄鐵式制動器等。制動器的主要作用是降低機械運轉(zhuǎn)速度或迫使機械停止轉(zhuǎn)動，制動器多數(shù)已標準化，可根據(jù)需要選用。常用的有帶式制動器、內(nèi)漲蹄鐵式制動器等。單元11.2典型離合器與制動器11.2.1離合器（1）牙嵌式離合器如圖11-9所示，牙嵌式離合器由兩個端面帶牙的半離合器1、3組成。從動半離合器3用導(dǎo)向平鍵或花鍵與軸聯(lián)接，另一半離合器1用平鍵與軸聯(lián)接，對中環(huán)2用來使兩軸對中，滑環(huán)4可操縱離合器的分離或接合。圖11-9牙嵌式離合器單元11.2典型離合器與制動器牙嵌式離合器的常用牙型有三角形、矩形、梯形和鋸齒形等。矩形齒接合、分離困難，牙的強度低，磨損后無法補償，僅用于靜止狀態(tài)的手動接合；梯形齒牙根強度高，接合容易，且能自動補償牙的磨損與間隙，因此應(yīng)用較廣；鋸齒形牙根強度高，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，但只能單向工作。為減小齒間沖擊、延長齒的壽命，牙嵌式離合器應(yīng)在兩軸靜止或轉(zhuǎn)速差很小時接合或分離。單元11.2典型離合器與制動器（2）摩擦離合器摩擦離合器利用主、從動半離合器摩擦片接觸面間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。為提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，通常采用多片摩擦片。它能在不停車或兩軸有較大轉(zhuǎn)速差時進行平穩(wěn)接合，且可在過載時因摩擦片間打滑而起到過載保護的作用。圖11-10摩擦離合器單元11.2典型離合器與制動器（3）安全離合器如圖11-11所示，為牙嵌式安全離合器，端面帶牙的離合器左半2和右半3，靠彈簧1嵌合壓緊以傳遞轉(zhuǎn)矩。當從動軸4上的載荷過大時，牙面5上產(chǎn)生的軸向分力將超過彈簧的壓力，而迫使離合器發(fā)生跳躍式的滑動，使從動軸4自動停轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)螺母6可改變彈簧壓力，從而改變離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。圖11-11牙嵌式安全離合器單元11.2典型離合器與制動器（4）超越離合器如圖11-12所示，超越離合器的星輪1與主動軸相連，順時針回轉(zhuǎn)，滾柱3受摩擦力作用滾向狹窄部位被楔緊，帶動外環(huán)2隨星輪1同向回轉(zhuǎn)，離合器接合。星輪1逆時針回轉(zhuǎn)時，滾柱3滾向?qū)挸ú课唬猸h(huán)2不與星輪1同轉(zhuǎn)，離合器自動分離。滾柱一般為3～8個。彈簧4起均載作用。若外環(huán)和星輪作順時針同向回轉(zhuǎn)，則當外圈轉(zhuǎn)速大于星輪轉(zhuǎn)速時，離合器為分離狀態(tài)（超越）。當外圈轉(zhuǎn)速小于星輪轉(zhuǎn)速時，離合器為接合狀態(tài)。超越離合器只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)尺寸小，接合分離平穩(wěn)，可用于高速傳動。圖11-12超越離合器單元11.2典型離合器與制動器11.2.2制動器1.帶式制動器帶式制動器分為簡單、雙向和差動三種。如圖11-13所示為簡單帶式制動器的結(jié)構(gòu)。當杠桿受FQ作用時，撓性帶收緊而抱住制動輪，靠帶與輪之間的摩擦力來制動。帶式制動器一般用于集中驅(qū)動的起重設(shè)備及絞車上，有時也安裝在低速軸或卷筒上作為安全制動器用。圖11-13帶式制動器單元11.2典型離合器與制動器圖11-14內(nèi)漲蹄鐵式制動器2.內(nèi)漲蹄式