機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教案講義聯(lián)軸器和、離合器和制動(dòng)器教案講義

1、教學(xué)目地：1熟悉聯(lián)軸器的類型、特點(diǎn)、應(yīng)用和選擇 2了解離合器的類型和應(yīng)用 3了解制動(dòng)器的類型和應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)：1常用聯(lián)軸器的特點(diǎn)和選擇 2常用離合器的類型和工作原理教學(xué)難點(diǎn)：常用聯(lián)軸器的選擇和標(biāo)注第十三章 聯(lián)軸器和離合器和制動(dòng)器聯(lián)軸器和離合器是機(jī)械傳動(dòng)中的重要部件。聯(lián)軸器和離合器可聯(lián)接主、從動(dòng)軸，使其一同回轉(zhuǎn)并傳遞扭矩，有時(shí)也可用作安全裝置。聯(lián)軸器聯(lián)接的分與合只能在停機(jī)時(shí)進(jìn)行，而離合器聯(lián)接的分與合可隨時(shí)進(jìn)行。如圖13-1、圖13-2所示為聯(lián)軸器和離合器應(yīng)用實(shí)例。 1-電動(dòng)機(jī) 2、5-聯(lián)軸器 3-制動(dòng)器 4-減速器 6-卷筒 7-軸承 8-機(jī)架 圖13-2 圖13-1 圖13-1所示為電動(dòng)絞車，電

2、動(dòng)機(jī)輸出軸與減速器輸入軸之間用聯(lián)軸器聯(lián)接，減速器輸出軸與卷筒之間同樣用聯(lián)軸器聯(lián)接來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩。圖13-2所示為自動(dòng)車床轉(zhuǎn)塔刀架上用于控制轉(zhuǎn)位的離合器。聯(lián)軸器和離合器的類型很多，其中多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)選擇時(shí)可根據(jù)工作要求，查閱有關(guān)手冊(cè)、樣本，選擇合適的類型，必要時(shí)對(duì)其中主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。13.1聯(lián)軸器13.1.1 聯(lián)軸器的性能要求聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后變形、溫度變化和軸承磨損等原因，不能保證嚴(yán)格對(duì)中，使兩軸線之間出現(xiàn)相對(duì)位移，如圖13-3所示，如果聯(lián)軸器對(duì)各種位移沒(méi)有補(bǔ)償能力，工作中將會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷，使工作情況惡化。因此，要求聯(lián)軸器具有補(bǔ)償一定范圍內(nèi)兩軸線相對(duì)位

3、移量的能力。對(duì)于經(jīng)常負(fù)載啟動(dòng)或工作載荷變化的場(chǎng)合，要求聯(lián)軸器中具有起緩沖、減振作用的彈性元件，以保護(hù)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)不受或少受損傷。同時(shí)還要求聯(lián)軸器安全、可靠，有足夠的強(qiáng)度和使用壽命。 a） b） c） d）a）軸向位移 b）徑向位移 c）角度位移 d）綜合位移圖13-3 13.1.2 聯(lián)軸器的分類聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器不具有緩沖性和補(bǔ)償兩軸線相對(duì)位移的能力，要求兩軸嚴(yán)格對(duì)中，但此類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，裝拆、維護(hù)方便，能保證兩軸有較高的對(duì)中性，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，應(yīng)用廣泛。常用的有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器和夾殼聯(lián)軸器等。撓性聯(lián)軸器又可分為無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器和有彈

4、性元件撓性聯(lián)軸器，前一類只具有補(bǔ)償兩軸線相對(duì)位移的能力，但不能緩沖減振，常見(jiàn)的有滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、萬(wàn)向聯(lián)軸器和鏈條聯(lián)軸器等；后一類因含有彈性元件，除具有補(bǔ)償兩軸線相對(duì)位移的能力外，還具有緩沖和減振作用，但傳遞的轉(zhuǎn)矩因受到彈性元件強(qiáng)度的限制，一般不及無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器，常見(jiàn)的有彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器和簧片聯(lián)軸器等。13.1.3 常用聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 各類聯(lián)軸器的性能、特點(diǎn)可查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。1） 凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器是剛性聯(lián)軸器中應(yīng)用最廣泛的一種，結(jié)構(gòu)如圖13-4所示，是由2個(gè)帶凸緣的半聯(lián)軸器用螺栓聯(lián)接而成，與兩軸之間用鍵聯(lián)接。常用

5、的結(jié)構(gòu)形式有兩種，其對(duì)中方法不同，圖13-4（a)所示為兩半聯(lián)軸器的凸肩與凹槽相配合而對(duì)中，用普通螺栓聯(lián)接，依靠接合面間的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，對(duì)中精度高，裝拆時(shí)，軸必須作軸向移動(dòng)。圖13-4（b)所示為兩半聯(lián)軸器用鉸制孔螺栓聯(lián)接，靠螺栓桿與螺栓孔配合對(duì)中，依靠螺栓桿的剪切及其與孔的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩，裝拆時(shí)軸不須作軸向移動(dòng)。聯(lián)軸器的材料一般采用鑄鐵，重載或圓周速度v30 m/s時(shí)應(yīng)采用鑄鋼或鍛鋼。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，但不能補(bǔ)償兩軸線的相對(duì)位移，也不能緩沖減振，故只適用于聯(lián)接的兩軸能嚴(yán)格對(duì)中、載荷平穩(wěn)的場(chǎng)合。（b）（a）圖13-4 2）滑塊聯(lián)軸器 滑塊聯(lián)軸器如圖13-5所示，由

6、兩個(gè)端面開(kāi)有凹槽的半聯(lián)軸器1、3，利用兩面帶有凸塊的中間盤(pán)2聯(lián)接，半聯(lián)軸器1、3分別與主、從動(dòng)軸聯(lián)接成一體，實(shí)現(xiàn)兩軸的聯(lián)接。中間盤(pán)沿徑向滑動(dòng)補(bǔ)償徑向位移y，并能補(bǔ)償角度位移a（如圖13-5所示）。若兩軸線不同心或偏斜，則在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)中間盤(pán)上的凸塊將在半聯(lián)軸器的凹槽內(nèi)滑動(dòng)；轉(zhuǎn)速較高時(shí)，由于中間盤(pán)的偏心會(huì)產(chǎn)生較大的離心力和磨損，并使軸承承受附加動(dòng)載荷，故這種聯(lián)軸器適用于低速。為減少磨損，可由中間盤(pán)油孔注入潤(rùn)滑劑。半聯(lián)軸器和中間盤(pán)的常用材料為45鋼或鑄鋼zg310-570，工作表面淬火hrc4858。 圖13-5 1、3叉形接頭 2十字軸 4機(jī)架圖13-63）萬(wàn)向聯(lián)軸器萬(wàn)向聯(lián)軸器如圖13-6所示，由兩個(gè)

7、叉形接頭1、3和十字軸2組成，利用中間聯(lián)接件十字軸聯(lián)接的兩叉形半聯(lián)軸器均能繞十字軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使聯(lián)軸器的兩軸線能成任意角度a，一般a 最大可達(dá)3545。但a 角越大，傳動(dòng)效率越低。萬(wàn)向聯(lián)軸器單個(gè)使用時(shí)，當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸作變角速度回轉(zhuǎn)，從而在傳動(dòng)中引起附加動(dòng)載荷。為避免這種現(xiàn)象，可采用兩個(gè)萬(wàn)向聯(lián)軸器成對(duì)使用，使兩次角速度變化的影響相互抵消，使主動(dòng)軸和從動(dòng)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖13-7所示。各軸相互位置在安裝時(shí)必須滿足：（1）主動(dòng)軸、從動(dòng)軸與中間軸c的夾角必須相等，即a1 =a2 ；（2）中間軸兩端的叉形平面必須位于同一平面內(nèi)。如圖13-8所示。萬(wàn)向聯(lián)軸器的材料常用合金鋼制造，以獲得

8、較高的耐磨性和較小的尺寸。萬(wàn)向聯(lián)軸器能補(bǔ)償較大的角位移，結(jié)構(gòu)緊湊，使用、維護(hù)方便，廣泛用于汽車、工程機(jī)械等的傳動(dòng)系統(tǒng)中。1a2（a）a1a2（b） 圖13-7 圖13-8 4）彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與凸緣聯(lián)軸器相似，如圖13-9所示。不同之處是用帶有彈性圈的柱銷代替了螺栓聯(lián)接，彈性圈一般用耐油橡膠制成，剖面為梯形以提高彈性。柱銷材料多采用45鋼。為補(bǔ)償較大的軸向位移，安裝時(shí)在兩軸間留有一定的軸向間隙c；為了便于更換易損件彈性套，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留一定的距離b。彈性套柱銷聯(lián)軸器制造簡(jiǎn)單，裝拆方便，但壽命較短。適用于聯(lián)接載荷平穩(wěn)，需正反轉(zhuǎn)或起動(dòng)頻繁的小轉(zhuǎn)矩軸，多用于電動(dòng)機(jī)軸與工作機(jī)械的聯(lián)接

9、上。 5）彈性柱銷聯(lián)軸器彈性柱銷聯(lián)軸器與彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)也相似（圖13-10），只是柱銷材料為尼龍，柱銷形狀一端為柱形，另一端制成腰鼓形，以增大角度位移的補(bǔ)償能力。為防止柱銷脫落，柱銷兩端裝有擋板，用螺釘固定。彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，并具有一定的緩沖、吸振能力，應(yīng)用廣泛，可代替彈性套柱銷聯(lián)軸器。但因尼龍對(duì)溫度敏感，使用時(shí)受溫度限制，一般在2070之間使用。 圖13-9 圖13-10 13.1.4 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器多已標(biāo)準(zhǔn)化，其主要性能參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩tn、許用轉(zhuǎn)速n、位移補(bǔ)償量和被聯(lián)接軸的直徑范圍等。選用聯(lián)軸器時(shí)，通常先根據(jù)使用要求和工作條件確定合適的類型，再按轉(zhuǎn)

10、矩、軸徑和轉(zhuǎn)速選擇聯(lián)軸器的型號(hào)，必要時(shí)應(yīng)校核其薄弱件的承載能力?？紤]工作機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、變速時(shí)的慣性力和沖擊載荷等因素，應(yīng)按計(jì)算轉(zhuǎn)矩tc選擇聯(lián)軸器。計(jì)算轉(zhuǎn)矩tc和工作轉(zhuǎn)矩t之間的關(guān)系為： tc=kt （13-1）式中k為工作情況系數(shù)，見(jiàn)表13-1。一般剛性聯(lián)軸器選用較大的值，撓性聯(lián)軸器選用較小的值；被傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，載荷平穩(wěn)時(shí)取較小值。所選型號(hào)聯(lián)軸器必須同時(shí)滿足：tctnnn表13-1 工作情況系數(shù)k原動(dòng)機(jī)工作機(jī)械k電動(dòng)機(jī)皮帶運(yùn)輸機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的金屬切削機(jī)床鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、螺旋運(yùn)輸機(jī)、離心泵、木工機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)的金屬切削機(jī)床往復(fù)式泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、球磨機(jī)、破碎機(jī)、沖剪機(jī)起重機(jī)、升降

11、機(jī)、軋鋼機(jī)1.251.51.52.01.52.02.03.03.04.0渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)、離心泵、鼓風(fēng)機(jī)1.21.5往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)離心泵往復(fù)式工作機(jī)1.52.03445例13-1 功率p=11kw，轉(zhuǎn)速n=970 r/min的電動(dòng)起重機(jī)中，聯(lián)接直徑d=42 mm的主、從動(dòng)軸，試選擇聯(lián)軸器的型號(hào)。解： 1選擇聯(lián)軸器類型為緩和振動(dòng)和沖擊，選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器。2選擇聯(lián)軸器型號(hào)（1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩：由表13-1查取k=3.5，按式13-1計(jì)算：（2）按計(jì)算轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和軸徑，由gb432384中選用tl7型彈性套柱銷聯(lián)軸器，標(biāo)記為：tl7聯(lián)軸器42112 gb4323-84。查得有關(guān)數(shù)據(jù)：額定轉(zhuǎn)矩 tn=5

12、00nm，許用轉(zhuǎn)速 n=2800 r/min，軸徑 4045 mm。滿足tctn、 nn，適用。13.2離合器一、離合器的性能要求.離合器的在機(jī)器傳動(dòng)過(guò)程中能方便地接合和分離。對(duì)其基本要求是：工作可靠，接合、分離迅速而平穩(wěn)，操縱靈活、省力，調(diào)節(jié)和修理方便，外形尺寸小，重量輕，對(duì)摩擦式離合器還要求其耐磨性好并具有良好的散熱能力。二、離合器的分類離合器的類型很多。按實(shí)現(xiàn)接合和分離的過(guò)程可分為操縱離合器和自動(dòng)離合器；按離合的工作原理可分為嵌合式離合器和摩擦式離合器。嵌合式離合器通過(guò)主、從動(dòng)元件上牙齒之間的嵌合力來(lái)傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，工作比較可靠，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，但接合時(shí)有沖擊，運(yùn)轉(zhuǎn)中接合困難。摩擦式

13、離合器是通過(guò)主、從動(dòng)元件間的摩擦力來(lái)傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，運(yùn)動(dòng)中接合方便，有過(guò)載保護(hù)性能，但傳遞轉(zhuǎn)矩較小，適用于高速、低轉(zhuǎn)矩的工作場(chǎng)合。三、常用離合器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1） 牙嵌式離合器牙嵌式離合器如圖13-11所示，是由兩端面上帶牙的半離合器1、2組成。半離合器1用平鍵固定在主動(dòng)軸上，半離合器2用導(dǎo)向鍵3或花鍵與從動(dòng)軸聯(lián)接。在半離合器1上固定有對(duì)中環(huán)5，從1 2 3 4 51、2-半離合器 3-導(dǎo)向鍵 4-滑環(huán) 5-對(duì)中環(huán) 圖13-11 動(dòng)軸可在對(duì)中環(huán)中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滑環(huán)4的軸向移動(dòng)操縱離合器的接合和分離，滑環(huán)的移動(dòng)可用杠桿、液壓、氣壓或電磁吸力等操縱機(jī)構(gòu)控制。牙嵌離合器常用的牙型有：三角形、矩形、

14、梯形和鋸齒形，如圖13-12所示。三角形牙用于傳遞中小轉(zhuǎn)矩的低速離合器，牙數(shù)一般為1260；矩形牙無(wú)軸向分力，接合困難，磨損后無(wú)法補(bǔ)償，沖擊也較大，故使用較少；梯形牙強(qiáng)度高，傳遞轉(zhuǎn)矩大，能自動(dòng)補(bǔ)償牙面磨損后造成的間隙，接合面間有軸向分力，容易分離，因而應(yīng)用最為廣泛；鋸齒形牙只能單向工作，反轉(zhuǎn)時(shí)由于有較大的軸向分力，會(huì)迫使離合器自行分離。 牙嵌離合器主要失效形式是牙面的磨損和牙根折斷，因此要求牙面有較高的硬度，牙根有良好的韌性，常用材料為低碳鋼滲碳淬火到hrc5460，也可用中碳鋼表面淬火。牙嵌離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，接合時(shí)兩半離合器間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，但只能在低速或停車時(shí)接合，以避免因沖擊折斷牙齒

15、。a) b) c) d) a) 三角形牙 b) 矩形牙 c) 梯形牙 d) 鋸齒形牙圖13-12 2） 圓盤(pán)摩擦離合器 摩擦離合器依靠?jī)山佑|面間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按結(jié)構(gòu)形式不同，可分為圓盤(pán)式、圓錐式、塊式和帶式等類型，最常用的是圓盤(pán)摩擦離合器。圓盤(pán)摩擦離合器分為單片式和多片式兩種，如圖13-13、13-14所示。 單片式摩擦離合器由摩擦圓盤(pán)1、2和滑環(huán)3組成。圓盤(pán)1與主動(dòng)軸聯(lián)接，圓盤(pán)2 通過(guò)導(dǎo)向鍵3與從動(dòng)軸聯(lián)接并可在軸上移動(dòng)。操縱滑環(huán)4可使兩圓盤(pán)接合或分離。軸向壓力fq使兩圓盤(pán)接合，并在工作表面產(chǎn)生摩擦力，以傳遞轉(zhuǎn)矩。單片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但徑向尺寸較大，只能傳遞不大的轉(zhuǎn)矩。123

16、 4 5 6 7 8 9 101、2-摩擦圓盤(pán) 3-導(dǎo)向鍵 4-滑環(huán) 1-主動(dòng)軸 2-外殼 3-壓板 4-外摩擦片 5-內(nèi)摩擦片 圖13-13 6-螺母 7-滑環(huán) 8-杠桿 9-套筒 10-從動(dòng)軸 圖13-14 多片式摩擦離合器有兩組摩擦片，主動(dòng)軸1與外殼2相聯(lián)接，外殼內(nèi)裝有一組外摩擦片4，形狀如圖13-15a所示，其外緣有凸齒插入外殼上的內(nèi)齒槽內(nèi)，與外殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)孔不與任何零件接觸。從動(dòng)軸10與套筒9相聯(lián)接，套筒上裝有一組內(nèi)摩擦片5，形 （a） (b) (c) 狀如圖13-15b所示，其外緣不與任何零件接觸，隨從 圖13-15動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。滑環(huán)7由操縱機(jī)構(gòu)控制，當(dāng)滑環(huán)向左移動(dòng)時(shí)，使杠桿8繞支點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)壓板3將兩組摩擦片壓緊，實(shí)現(xiàn)接合；滑環(huán)7向右移動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)離合器分離。摩擦片間的壓力由螺母6調(diào)節(jié)。若摩擦片為圖13-15c的形狀，則分離時(shí)能自動(dòng)彈開(kāi)。多片式摩擦離合器由于摩擦面增多，傳遞轉(zhuǎn)矩的能力提高，徑向尺寸相對(duì)減小，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 1 2 3 43） 滾柱超越離合器超越離合器又稱為定向離合器，是一種自動(dòng)離合器，目前廣泛應(yīng)用的是滾柱超越離合器如圖13-16所示，由星