第7章 聯(lián)接 聯(lián)軸離合制動器

7.4

聯(lián)軸器7.5離合器7.6制動器第七章聯(lián)接

聯(lián)軸器、離合器和制動器本節(jié)概要：本節(jié)主要介紹有代表性的幾種聯(lián)軸器、離器和制動器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點及選用方法。7.4聯(lián)軸器工作特點：聯(lián)軸器用于剛性靜態(tài)聯(lián)接；而離合器則用于兩軸之間的動態(tài)聯(lián)接。分類：撓性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器固定式聯(lián)軸器移動式聯(lián)軸器作用：主要用于將兩根軸聯(lián)接在一起，使它們一起旋轉(zhuǎn)，并傳遞扭矩。聯(lián)軸器應(yīng)用實例：手腕驅(qū)動機構(gòu)、汽車后橋驅(qū)動、車輛啟停等。7.4.1聯(lián)軸器的功用與類型安全聯(lián)軸器齒式、滑塊等膜片、簧片等彈性套柱銷、彈性柱銷等按照有無補償軸線相對位移能力，將聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩類。1.剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，承載能力大，成本低，但沒有補償軸線位移的能力，使用于載荷平穩(wěn)、兩軸對中良好的場合。剛性聯(lián)軸器有套筒式(如圖7-20所示)、凸緣式(如圖7-19所示)等。

套筒式聯(lián)軸器利用套筒將兩軸套接，然后用鍵、銷將套筒和軸連接。其特點是徑向尺寸小，可根據(jù)不同軸徑自行設(shè)計制造，在儀器中應(yīng)用較廣。

凸緣式聯(lián)軸器由兩個帶凸緣的半聯(lián)軸器組成，半聯(lián)軸器分別由鍵與兩軸連接，然后用螺栓將兩個半聯(lián)軸器連接在一起。凸緣式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、傳遞扭矩大、傳力可靠、對中性好，裝拆方便，應(yīng)用廣泛，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。圖7-19凸緣聯(lián)軸器yxα

兩軸線的相對位移:

軸向、徑向、角度、綜合?！?.4.2撓性聯(lián)軸器由于制造、安裝或工作時零件的變形等原因，被聯(lián)接的兩軸不一定度能精確對中，因此會出現(xiàn)兩軸之間的軸向位移、徑向位移和角位移，或其組合。聯(lián)接特點：構(gòu)成動聯(lián)接，具有一個或幾個方向的活動度。能補償兩軸的相對位移。α

xy軸向如果聯(lián)軸器沒有適應(yīng)這種相對位移的能力就會在聯(lián)軸器、軸和軸承中引起附加載荷，甚至引起強烈振動。圖7-18聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的偏移1、齒式聯(lián)軸器如圖7-22所示，齒式聯(lián)軸器由兩個帶有外齒的內(nèi)套筒2、4和兩個帶有內(nèi)齒及凸緣的外套筒1、3組成。兩個內(nèi)套筒分別用鍵與主、從動軸連接，兩個外套筒用螺栓聯(lián)成一體，依靠內(nèi)外齒相嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩。為補償兩軸的綜合偏移，通常將輪齒修形制成鼓形齒，且具有較大的側(cè)隙和頂隙。具有良好的補償綜合偏移的能力，且外廓尺寸緊湊，但成本較高，需要在良好的潤滑與密封條件下工作。齒式聯(lián)軸器應(yīng)用廣泛，適用于高速、重載、啟動頻繁和經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場合。優(yōu)點：傳遞扭矩大、能補償綜合位移。缺點：結(jié)構(gòu)笨重、造價高。應(yīng)用：用于重型傳動。圖7-22齒式聯(lián)軸器2、滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：兩個端面開有徑向凹槽的半聯(lián)軸器，兩端各具有凸榫的中間滑塊，且兩端榫頭互相垂直，嵌入凹槽中，構(gòu)成移動副。工作原理：當(dāng)兩軸存在不對中和偏斜時，滑塊將在凹槽內(nèi)滑動。優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易?；瑝K因偏心產(chǎn)生離心力和磨損，并給軸和軸承帶來附加動載荷。適用范圍：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y①單萬向聯(lián)軸器作用：用于傳遞兩相交軸之間的動力和運動，而且在傳動過程中，兩軸之間的夾角還可以改變。共軸、有夾角應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機床等機械傳動系統(tǒng)中。α單萬向聯(lián)軸器3、萬向聯(lián)軸器vA1=rω1結(jié)構(gòu)特點：兩傳動軸末端各有一個叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構(gòu)件相聯(lián)，“十字形”構(gòu)件的中心位于兩軸交點處，運動分析：αα兩軸平均傳動比為1，但瞬時傳動比是動態(tài)變化的。在圖示位置I,以軸1為參考系，對A點有：以軸2為參考系，對A點有：vA2=r’ω’2Aω'2Aαω1Brr’=rcosαω’2顯然有：

vA1=vA2

α=0~45?軸間角為：r”其它位置：代入得：ααω1BBAω"2在圖示位置II,以軸2為參考系，對B點有：vB2=rω”2以軸1為參考系，對B點有：vB1=r”ω1=ω1rcosα同樣有：

vB1=vB2

r代入得：ω’’2=ω1cosαω’2〉ω1=>ω”2<ω1ω1cosαω1cosα≤ω2≤ω1=cosαω’2②.雙萬向鉸鏈機構(gòu)將兩個單萬向鉸鏈機構(gòu)串聯(lián)使用，構(gòu)成雙萬向鉸鏈機構(gòu)。安裝要求：①主動、從動、中間三軸共面；②主動軸、從動軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應(yīng)相等；③中間軸兩端的叉面應(yīng)在同一平面內(nèi)。ααC2αα121C為了消除從動軸變速轉(zhuǎn)動的缺點，常③.小型雙萬向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖所示，通常采用合金鋼制造。AAA--AAAααAAαα1、彈性套柱銷聯(lián)軸器二、彈性元件撓性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點：外觀與凸緣聯(lián)軸器相似，用帶橡膠彈性套的柱銷聯(lián)接兩個半聯(lián)軸器。預(yù)留安裝空間以便與更換橡膠套A預(yù)留間隙以補償軸向位移。c圓柱孔圓錐孔2、彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：用尼龍制成的柱銷置于兩個半聯(lián)軸器凸緣的孔中。尼龍銷擋板cc銷與擋板之間留有間隙結(jié)構(gòu)簡單、更換柱銷方便。特點：上述兩種聯(lián)軸器的動力通過彈性元件傳遞，緩和沖擊、吸收振動。應(yīng)用：適用于正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。適用范圍：-12?≤t≤60?，v≤8000r/min能補償較大的軸向位移，并允許微量的徑向位移和角位移。兩種柱銷如圖7-27所示，輪胎式聯(lián)軸器用橡膠和橡膠織物制成輪胎狀的彈性元件1，兩端用壓板2和螺釘3分別壓在兩個半聯(lián)軸器4上。這種聯(lián)軸器富有彈性，使用壽命長，具有良好的緩沖吸振能力，能有效地降低動載荷和補償較大的軸向位移，適用于潮濕多塵、沖擊大、啟動頻繁的場合。缺點是徑向尺寸較大；當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大時，會因過大扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生附加軸向載荷。3、輪胎式聯(lián)軸器圖7-27輪胎聯(lián)軸器聯(lián)軸器、離合器大都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，可直接選用。工作條件=>選類型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速軸徑=>確定型號與規(guī)格計算轉(zhuǎn)矩：Tc=KAT≤[T]KA為工作情況系數(shù)；T為傳遞轉(zhuǎn)矩；表7-12工作情況系數(shù)KA工作機原動機為電動機時發(fā)電機、小型通風(fēng)機、小型離心機1.3透平壓縮機、木工機械、輸送機1.5攪拌機、增壓機、有飛輪的壓縮機1.7織布機、水泥攪拌機、拖拉機1.9挖掘機、起重機、碎石機、造紙機械2.3n≤[n]大多數(shù)聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，一般機械設(shè)計者的任務(wù)是選用聯(lián)軸器，不需要設(shè)計。一、鏈軸器類型的選擇原則轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、軸徑、相對位移、工作環(huán)境、成本等1)考慮傳遞轉(zhuǎn)矩的大小、性質(zhì)以及對緩沖減振要求確定型號與規(guī)格7.4.3聯(lián)軸器的選擇具體應(yīng)考慮如下要求▲對大功率重載傳動，宜選用齒輪聯(lián)軸器；▲嚴(yán)重沖擊載荷或消除軸系扭轉(zhuǎn)振動的傳動，宜選用輪胎聯(lián)軸器；選用原則：2)考慮工作轉(zhuǎn)速的高低和引起離心力的大小

對高速傳動軸，宜選用平衡精度較高的膜片聯(lián)軸器，不能選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器；安裝調(diào)整兩軸難以精確對中、或者工作中產(chǎn)生較大位移時，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器：3)兩軸相對位移的大小和方向▲徑向位移較大時：=>滑塊聯(lián)軸器；▲角位移較大，或兩軸相交時：=>滑塊聯(lián)軸器4)考慮可靠性和工作環(huán)境▲由金屬制成的不需要潤滑的聯(lián)軸器工作比較可靠；▲需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境；▲含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕介質(zhì)、強光等比較敏感，而且容易老化。在滿足使用要求的前提下，壓選擇裝拆方便、維護簡單、成本低廉的聯(lián)軸器。5)聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和經(jīng)濟性▲剛性聯(lián)軸器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動；▲彈性聯(lián)軸器具有較好的綜合性能，廣泛應(yīng)用于一般的中、小傳動。6)安全性要求有安全保護要求的軸，應(yīng)選用安全聯(lián)軸器。表7.4-2工作情況系數(shù)KA原動機(KA)發(fā)電機、小型通風(fēng)機、小型離心機1.31.51.82.2透平壓縮機、木工機械、輸送機1.51.72.02.4攪拌機、增壓機、有飛輪的壓縮機1.71.92.22.6織布機、水泥攪拌機、拖拉機1.92.12.42.8挖掘機、起重機、碎石機、造紙機械2.32.52.83.2電動機多缸雙缸單缸汽輪機內(nèi)燃機內(nèi)燃機內(nèi)燃機工作機壓延機、重型初軋機、無飛輪活塞泵3.13.33.64.0二、計算聯(lián)軸器的扭矩

計算轉(zhuǎn)矩：Tc=KATKA為工作情況系數(shù)；見下頁T為公稱扭矩；三、確定聯(lián)軸器的型號

選型依據(jù)：

Tc≤[T]，由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定型號；四、校核最大轉(zhuǎn)速n

≤nmax六、規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速n，不應(yīng)超過聯(lián)軸器許用的最高轉(zhuǎn)速nmax，即：五、協(xié)調(diào)軸孔直徑被聯(lián)接兩軸的直徑和形狀（圓柱或圓錐）均可以不同，但必須使直徑在所選聯(lián)軸器型號規(guī)定的范圍內(nèi)，形狀也應(yīng)滿足相應(yīng)要求。聯(lián)軸器允許軸的相對位移偏差是有一定范圍的，因此，必須保證軸及相應(yīng)部件的安裝精度。潘存云教授研制７．進行必要的校核聯(lián)軸器除了要滿足轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的要求外，必要時還應(yīng)對聯(lián)軸器中的零件進行承載能力校核，如對非金屬元件的許用溫度校核等。選擇聯(lián)軸器的類型計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩確定聯(lián)軸器的型號協(xié)調(diào)軸孔直徑校核最大轉(zhuǎn)矩規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度進行必要的承載能力校核聯(lián)軸器的選擇流程：

作用：在機器運轉(zhuǎn)過程中，使兩軸隨時接合或分離；用來操縱機器傳動的斷續(xù)，以便進行變速或換向；7.5離合器分類一、離合器的分類按其工作原理分機械離合器電磁離合器液壓離合器氣壓離合器超越離合器離心離合器安全離合器嵌入式摩擦式按離合控制方法分操縱式自動式按操縱方式分7.5.1.1牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)：由端面帶牙的固定套筒、活動套筒、對中環(huán)組成。固定套筒活動套筒滑環(huán)對中環(huán)工作原理:利用操縱桿移動滑環(huán)，實現(xiàn)兩套筒的結(jié)合與分離。7.5.1操縱離合器牙型30?~40?2?~8?2?~8?60?三角形梯形鋸齒形----傳遞中小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為16~60----傳遞較大轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為3~15梯形牙可以補償磨損后的牙側(cè)間隙。鋸齒形只能單向工作。反轉(zhuǎn)時具有較大的軸向分力，會迫使離合器自行分離。制造要求：各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均勻分布。特點：結(jié)構(gòu)簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。材料：低碳合金鋼：20Cr、20MnB。滲碳淬火后牙面硬度：56~62HRC;中碳合金鋼：40Cr、45MnB。表面淬火后牙面硬度：48~58HRC;承載能力：取決于齒根的彎曲強度:hKATzWD0σb=≤[σb]

2KATzD0ahp=≤[p]W-齒根彎曲截面系數(shù)；D0-牙平均直徑；a-牙的寬度。D0ah式中：h為牙齒高度；z為牙齒數(shù)；7.5.1.2圓盤摩擦離合器123一、單片式圓盤摩擦離合器摩擦扭矩:Tmax=FafRf結(jié)構(gòu)：由固定圓盤1、活動圓盤2、滑環(huán)組成。工作原理：移動滑環(huán)，可實現(xiàn)兩圓盤的結(jié)合與分離，靠摩擦力帶動從動軸轉(zhuǎn)動。缺點：結(jié)合過程中不可避免出現(xiàn)打滑，引起磨損和發(fā)熱；2.過載時打滑，起保護作用；3.結(jié)合平穩(wěn)、沖擊和振動小。優(yōu)點：1.在任何轉(zhuǎn)速條件下兩軸都可以進行結(jié)合；FaRf213Fa主動摩擦片杠桿滑環(huán)工作原理：移動滑環(huán)，通過杠桿作用，壓緊或放松磨擦片，來實現(xiàn)兩軸的結(jié)合與分離。調(diào)整螺母被動摩擦片二、多片式圓盤摩擦離合器結(jié)構(gòu)特點：多個摩擦片疊加在一起；摩擦片材料：淬火鋼片、壓制石棉片。摩擦片數(shù)量z↑→傳遞扭矩T↑但z過大將使各層間壓力不均勻，一般取:z=12~15摩擦扭矩:Tmax=zFafRfzFaf(D1+D2)=4≥KA

T4Fap=π(D1

+D2)表面壓強:≤[p]D1D2有潤滑劑無潤滑劑[p]/MPa常用摩擦片材料的f和[p]

摩擦片材料f圓盤摩擦離合器鑄鐵—鑄鐵或鋼0.05~0.060.15~0.20.25~0.30淬火鋼—淬火鋼0.05~0.060.180.6~0.8青銅—鋼或鑄鐵0.080.17~0.180.4~0.5壓制石棉—鋼或鑄鐵0.120.3~0.50.20~0.30對于頻繁啟動的離合器，可將表中[p]降低15~30%。類型→反應(yīng)敏捷，但摩擦片易磨損。油式磨擦離合器干式磨擦離合器→磨損輕微、壽命長、并能在繁重的條件下運轉(zhuǎn)。離合器的操縱方式機械力電磁力氣動力液壓力8~10?

三、圓錐式摩擦離合器結(jié)構(gòu)：錐臺表面為摩擦接觸面。優(yōu)點：由于采用了槽面摩擦原理，因此只需要很小的操縱力即能使離合器傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。缺點：徑向尺寸較大，不如多盤式緊湊。星輪外環(huán)滾柱彈簧推桿2.自控離合器自控離合器超越離合器離心離合器安全離合器當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩達到某一定值時，它們便會自行接合或分離。內(nèi)星輪滾柱超越離合器7.5.2離合器的選用▲嵌入式離合器的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸較小，兩軸間的聯(lián)接無相對運動，一般適用于低速接合，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