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

模塊11其他常用零部件分析與設(shè)計(jì)單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計(jì)單元11.2典型離合器與制動(dòng)器模塊11其他常用零部件分析與設(shè)計(jì)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】學(xué)習(xí)聯(lián)軸器、離合器以及制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)類型、特點(diǎn)。完成對(duì)聯(lián)軸器、離合器以及制動(dòng)器進(jìn)行合理的選用和正確的維護(hù)。【知識(shí)要點(diǎn)】（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(diǎn)、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(diǎn)、應(yīng)用；（5）帶式制動(dòng)器、內(nèi)漲蹄式制動(dòng)器。單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計(jì)在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。在選擇聯(lián)軸器時(shí)，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(jī)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(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，還應(yīng)具有一定范圍的補(bǔ)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(jì)11.1.1剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器對(duì)軸線的位移沒有補(bǔ)償能力，適用于載荷平穩(wěn)、兩軸對(duì)中性好的場(chǎng)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(dāng)軸超載時(shí)會(huì)被剪斷，可起到安全保護(hù)作用。套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yán)格對(duì)中、頻繁起動(dòng)、軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求小的場(chǎng)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(jì)2.

凸緣聯(lián)軸器如圖13-3所示，凸緣聯(lián)軸器由兩個(gè)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(duì)中方式：一種是通過分別具有凸槽和凹槽的兩個(gè)半聯(lián)軸器的相互嵌合來對(duì)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(duì)中，如圖11-3下半部所示。當(dāng)尺寸相同時(shí)后者傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，且裝拆時(shí)軸不必作軸向移動(dòng)。凸緣聯(lián)軸器的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)沖擊小和低速大轉(zhuǎn)矩的聯(lián)接場(chǎng)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(jì)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(gè)在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器1、3和一個(gè)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(gè)直徑方向上，并在安裝時(shí)分別嵌入1、3的凹槽中。由于凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的徑向位移和角位移。由于半聯(lián)軸器與中間盤組成移動(dòng)副，不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的角速度應(yīng)相等。但在兩軸間有偏移的情況下工作時(shí)，中間盤會(huì)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(jì)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(dá)35°～45°），且機(jī)器工作時(shí)即使夾角發(fā)生改變?nèi)钥烧鲃?dòng)，但α過大會(huì)使傳動(dòng)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(diǎn)是當(dāng)主動(dòng)軸角速度ω1為常數(shù)時(shí)，從動(dòng)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(dòng)中會(huì)引起附加載荷。所以一般將兩個(gè)單萬向聯(lián)軸器成對(duì)使用，如圖11-5（b）所示。但安裝時(shí)應(yīng)注意必須保證三個(gè)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(dòng)軸與中間軸的夾角相等α1=α3，這樣才可保證ω1=ω3；（3）主、從動(dòng)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(jì)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(shí)現(xiàn)兩個(gè)半聯(lián)軸器的聯(lián)接。如圖11-6所示，它由兩個(gè)內(nèi)齒圈2、3和兩個(gè)外齒輪軸套1、4組成。安裝時(shí)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(bǔ)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(jì)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(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。這種聯(lián)軸器重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但彈性套易磨損、壽命較短，用于沖擊載荷小、啟動(dòng)頻繁的中、小功率傳動(dòng)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(gè)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(jiǎn)單、耐用性好，用于軸向竄動(dòng)較大、正反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。單元11.1聯(lián)軸器分析與設(shè)計(jì)11.1.4聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計(jì)算：式中：

T—名義轉(zhuǎn)矩，N·m；TC—計(jì)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(hào)時(shí)，應(yīng)同時(shí)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(cè)中可查出。單元11.2典型離合器與制動(dòng)器用離合器聯(lián)接的兩軸可在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中隨時(shí)進(jìn)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(dòng)式兩類。操縱式離合器需要借助于人力或動(dòng)力（如液壓、氣壓、電磁）進(jìn)行操縱；自動(dòng)式離合器不需要外來操縱，可在一定條件下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離和接合。制動(dòng)器的主要作用是降低機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度或迫使機(jī)械停止轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)器多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)需要選用。常用的有帶式制動(dòng)器、內(nèi)漲蹄鐵式制動(dòng)器等。制動(dòng)器的主要作用是降低機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度或迫使機(jī)械停止轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)器多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)需要選用。常用的有帶式制動(dòng)器、內(nèi)漲蹄鐵式制動(dòng)器等。單元11.2典型離合器與制動(dòng)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(gè)端面帶牙的半離合器1、3組成。從動(dòng)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(duì)中環(huán)2用來使兩軸對(duì)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(dòng)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(qiáng)度低，磨損后無法補(bǔ)償，僅用于靜止?fàn)顟B(tài)的手動(dòng)接合；梯形齒牙根強(qiáng)度高，接合容易，且能自動(dòng)補(bǔ)償牙的磨損與間隙，因此應(yīng)用較廣；鋸齒形牙根強(qiáng)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(zhǎng)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(shí)接合或分離。單元11.2典型離合器與制動(dòng)器（2）摩擦離合器摩擦離合器利用主、從動(dòng)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(shí)進(jìn)行平穩(wěn)接合，且可在過載時(shí)因摩擦片間打滑而起到過載保護(hù)的作用。圖11-10摩擦離合器單元11.2典型離合器與制動(dòng)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(dāng)從動(dòng)軸4上的載荷過大時(shí)，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(dòng)，使從動(dòng)軸4自動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸相連，順時(shí)針回轉(zhuǎn)，滾柱3受摩擦力作用滾向狹窄部位被楔緊，帶動(dòng)外環(huán)2隨星輪1同向回轉(zhuǎn)，離合器接合。星輪1逆時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱3滾向?qū)挸ú课?，外環(huán)2不與星輪1同轉(zhuǎn)，離合器自動(dòng)分離。滾柱一般為3～8個(gè)。彈簧4起均載作用。若外環(huán)和星輪作順時(shí)針同向回轉(zhuǎn)，則當(dāng)外圈轉(zhuǎn)速大于星輪轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器為分離狀態(tài)（超越）。當(dāng)外圈轉(zhuǎn)速小于星輪轉(zhuǎn)速時(shí)，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(dòng)。圖11-12超越離合器單元11.2典型離合器與制動(dòng)器11.2.2制動(dòng)器1.帶式制動(dòng)器帶式制動(dòng)器分為簡(jiǎn)單、雙向和差動(dòng)三種。如圖11-13所示為簡(jiǎn)單帶式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。當(dāng)杠桿受FQ作用時(shí)，撓性帶收緊而抱住制動(dòng)輪，靠帶與輪之間的摩擦力來制動(dòng)。帶式制動(dòng)器一般用于集中驅(qū)動(dòng)的起重設(shè)備及絞車上，有時(shí)也安裝在低速軸或卷筒上作為安全制動(dòng)器用。圖11-13帶式制動(dòng)器單元11.2典型離合器與制動(dòng)器圖11-14內(nèi)漲蹄鐵式制動(dòng)器2.內(nèi)漲蹄式