第14章 聯(lián)軸器離合器.ppt

1、第14章 聯(lián)軸器、離合器,14-0 聯(lián)軸器和離合器概述,14-1 聯(lián)軸器的種類和特性,14-2 聯(lián)軸器的選擇,14-3 離合器,14-4 安全聯(lián)軸器及安全離合器,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，也可用作安全裝置。,聯(lián)軸器用于將兩軸聯(lián)接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離，只有在機(jī)器停車時(shí)才可將兩軸分離；,離合器在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可使兩軸隨時(shí)接合或分離的一種裝置。 它可用來操縱機(jī)器傳動(dòng)的斷續(xù)，以便進(jìn)行變速或換向；,安全聯(lián)軸器與離合器機(jī)器工作時(shí)，若轉(zhuǎn)矩超過規(guī)定值，即可自行斷開或打滑,以保證機(jī)器中的主要零件不因過載而損壞；,特殊功用的聯(lián)軸器與離合器用于某些特殊要求處，如：在

2、一定的回轉(zhuǎn)方向或達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí),聯(lián)軸器或離合器即可自動(dòng)接合或分離等；,14-0 聯(lián)軸器和離合器概述,聯(lián)軸器和離合器種類繁多，在選用標(biāo)準(zhǔn)件或自行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：,傳遞轉(zhuǎn)矩大小,轉(zhuǎn)速高低,扭轉(zhuǎn)剛度變化,體積大小,緩沖吸振能力,一、聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對位移,14-1 聯(lián)軸器的種類和特性,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，往往不能保證嚴(yán)格的對中，而是存在著某種程度的相對位移。這就要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對位移的性能。,二、 聯(lián)軸器的分類,無彈性元件聯(lián)軸器,剛性聯(lián)軸器,聯(lián)軸器,套筒聯(lián)軸器,凸緣聯(lián)軸器,夾殼聯(lián)軸器

3、,齒式聯(lián)軸器,十字滑塊聯(lián)軸器,撓性聯(lián)軸器,有彈性元件聯(lián)軸器,滑塊聯(lián)軸器,萬向聯(lián)軸器,滾子鏈聯(lián)軸器,彈性套柱銷聯(lián)軸器,彈性柱銷聯(lián)軸器,梅花形彈性聯(lián)軸器,輪胎聯(lián)軸器,膜片聯(lián)軸器,星形彈性聯(lián)軸器,潘存云教授研制,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：用一個(gè)套筒通過鍵將兩軸聯(lián)接在一起。用緊定螺釘來實(shí) 現(xiàn)軸向固定。,套筒聯(lián)軸器,型式：,半圓鍵,普通平鍵,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、傳遞 扭矩較大，但不能緩沖減振。,應(yīng)用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。,1、套筒聯(lián)軸器,（一）剛性聯(lián)軸器,潘存云教授研制,潘存云教授研制,應(yīng)用：用于低速傳動(dòng)軸，常用于垂直傳動(dòng)軸的聯(lián)接。,夾殼聯(lián)軸器,結(jié)構(gòu)：將套筒做成剖分夾殼結(jié)構(gòu)，通過擰緊螺栓產(chǎn)生的預(yù)

4、緊力使兩夾殼與軸聯(lián)接，并依靠鍵以及夾殼與軸表面之間的摩擦力來傳遞扭矩。有一個(gè)剖分式對中環(huán)。,特點(diǎn)：無需沿軸向移動(dòng)即可方便裝拆，但不能聯(lián)接直徑不同的兩軸，外形復(fù)雜且不易平衡，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力。,2. 夾殼聯(lián)軸器,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器通過鍵與軸相聯(lián)，用螺栓將兩個(gè)半聯(lián)軸器的凸緣聯(lián)接在一起。,普通凸緣聯(lián)軸器,型式：,有對中榫的凸緣聯(lián)軸器,普通凸緣聯(lián)軸器,-靠鉸制孔螺栓對中。,-靠榫頭對中。,對中榫,鉸制孔螺栓,3. 凸緣聯(lián)軸器,制造與安裝要求：半聯(lián)軸器的凸緣端面應(yīng)與軸線垂直，安裝時(shí)應(yīng)使兩軸精確對中。,材料：一般用灰鑄鐵或碳鋼、當(dāng)重載或 v30 m/s時(shí)，用鑄鋼或鍛鋼 。,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單

5、、成本低、使用方便、傳遞扭矩較大； 缺點(diǎn)：不能緩沖減振，且對軸的對中性要求高。,應(yīng)用：用于轉(zhuǎn)速低、無沖擊、軸的剛性大、對中性較好時(shí)的兩軸聯(lián)接 。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1、十字滑塊聯(lián)軸器,結(jié)構(gòu)：兩個(gè)端面開有徑向凹槽的半聯(lián)軸器；兩端各具有凸牙的中間盤，且兩端凸牙互相垂直，嵌入凹槽中，構(gòu)成移動(dòng)副。,工作原理：當(dāng)兩軸存在不對中和偏斜時(shí)，中間盤將在凹槽內(nèi)滑動(dòng)。,（二）無彈性元件的撓性聯(lián)軸器,1. 十字滑塊聯(lián)軸器,優(yōu)缺點(diǎn)：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(dòng)載荷。因此選用時(shí)應(yīng)注意其工作轉(zhuǎn)速不得大于規(guī)定值。,適用范圍：30，y0.04d，v250 r/min ，

6、軸的剛度較大，無劇烈沖擊處。,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊。,應(yīng)用：適用于小功率，高轉(zhuǎn)速而無劇烈沖擊的場合。,結(jié)構(gòu)：與十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)相似，只是溝槽很寬，中間為不帶凸牙的方形滑塊，其材料為夾布膠木或尼龍。,工作特點(diǎn)：由于中間滑塊質(zhì)量小，且有彈性，故允許較高的極限轉(zhuǎn)速。,2. 滑塊聯(lián)軸器,潘存云教授研制,作用：用于傳遞兩相交軸之間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，而且在傳動(dòng)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(jī)床等機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中。,單萬向聯(lián)軸器,3. 十字軸式萬向聯(lián)軸器,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩傳動(dòng)軸末端各有一個(gè)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

7、兩軸交點(diǎn)處，軸間角為,運(yùn)動(dòng)分析：,兩軸平均傳動(dòng)比為1，但瞬時(shí)傳動(dòng)比是動(dòng)態(tài)變化的。即，主動(dòng)軸角速度為常數(shù)時(shí)，從動(dòng)軸的角速度并不是常數(shù)，而是在一定的范圍內(nèi)變化，從而產(chǎn)生附加動(dòng)載荷。,=045,潘存云教授研制,雙萬向聯(lián)軸器,將兩個(gè)單萬向聯(lián)軸器串聯(lián)使用，構(gòu)成雙萬向聯(lián)軸器。,安裝要求：,主動(dòng)、從動(dòng)、中間三軸共面；,主動(dòng)軸、從動(dòng)軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應(yīng)相等；,中間軸兩端的叉面應(yīng)在同一平面內(nèi)。,為了消除從動(dòng)軸變速轉(zhuǎn)動(dòng)的缺點(diǎn)，常,潘存云教授研制,潘存云教授研制,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。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,功用：能補(bǔ)償軸不對中和偏斜。,工作范圍

8、：正常齒：30 腰鼓齒：3,結(jié)構(gòu)：兩個(gè)有內(nèi)齒的外殼，兩個(gè)有外齒的套筒，兩者齒數(shù)相同，外齒做成球形齒頂?shù)难凝X。套筒與軸用鍵聯(lián)接，兩外殼用螺栓聯(lián)接。兩端密封，空腔內(nèi)儲(chǔ)存潤滑油。,4. 齒式聯(lián)軸器,潘存云教授研制,優(yōu)點(diǎn)：傳遞扭矩大、能補(bǔ)償綜合位移。,缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)笨重、造價(jià)高。,應(yīng)用：用于重型傳動(dòng)。,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：利用一條公用的雙排鏈條同時(shí)與兩個(gè)齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合來實(shí)現(xiàn)兩半鏈軸器的聯(lián)接。,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、質(zhì)量小、裝拆方便、維修容易、成本低廉，有一定的補(bǔ)償性能和緩沖性能。,缺點(diǎn)：因鏈條的套筒與鏈輪之間存在間隙，不適于逆向傳動(dòng)和啟動(dòng)頻繁或立式軸傳動(dòng)。同時(shí)受離心力的影響不適于高速傳動(dòng)。

9、,5. 滾子鏈聯(lián)軸器,潘存云教授研制,1、彈性套柱銷聯(lián)軸器,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(gè)半聯(lián)軸器。,圓柱孔,圓錐孔,（三）有彈性元件的撓性聯(lián)軸器,材料：彈性套的材料常用耐油橡膠；半聯(lián)軸器的材料常用HT200，或35鋼；柱銷材料常用35號(hào)鋼。,特點(diǎn)：制造容易，裝拆方便，成本較低，但是彈性套容易磨損，壽命較短。適用于連接載荷平穩(wěn)，需正反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)頻繁的傳遞中小轉(zhuǎn)矩的軸。,1、彈性套柱銷聯(lián)軸器,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：用尼龍制成的柱銷置于兩個(gè)半聯(lián)軸器凸緣的孔中。結(jié) 構(gòu)簡單，更換柱銷方便。,特點(diǎn)：上述兩種聯(lián)軸器的動(dòng)力通過彈性元件 傳遞，緩和沖擊、吸收振動(dòng)。能補(bǔ)償 較大的軸向

10、位移，并允許微量的徑向 位移和角位移,應(yīng)用：適用于正反向變化多， 啟動(dòng)頻繁的高速軸。,適用范圍：-20t70， v8000 r/min,兩種柱銷,2. 彈性柱銷聯(lián)軸器,工作溫度：-35+80 ,傳遞扭矩：T=1625000 N.M,結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器與軸的配合可以做成圓柱形或圓錐形，中間的彈性元件形狀似梅花，故得名。選用不同硬度的聚氨酯橡膠，鑄形尼龍等材料制造。,潘存云教授研制,3. 梅花形彈性聯(lián)軸器,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：中間為橡膠制成的輪胎環(huán)，用止退墊板與半聯(lián)軸器聯(lián)接。,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、易于變形。絕緣性 能好，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無噪聲，允許較 大的綜合位移。但徑向尺寸較 大,應(yīng)用：適用于啟動(dòng)頻繁、正反向運(yùn)

11、轉(zhuǎn)、有沖擊振動(dòng)、有較大軸向位移、潮濕多塵的場合。,適用范圍： 512， x0.02D y0.01D， n5000 r/min,4. 輪胎式聯(lián)軸器,潘存云教授研制,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：彈性元件為多個(gè)環(huán)形金屬薄片疊合而成的膜片組，膜片圓周上有若干個(gè)螺栓孔。用鉸制孔螺栓交錯(cuò)間隔與半聯(lián)軸器聯(lián)接。,5.膜片聯(lián)軸器,5. 膜片聯(lián)軸器,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、彈性元件的聯(lián)接之間沒有間隙，不需要潤滑，維護(hù)方便、質(zhì)量小、對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。但扭轉(zhuǎn)減振性能差。,應(yīng)用：主要用于載荷平穩(wěn)的高速傳動(dòng)。如直升機(jī)尾翼軸。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：兩個(gè)半聯(lián)軸器上均制有凸牙，用橡膠等材料制成星形彈性元件，放置在兩半聯(lián)軸器

12、的凸牙之間。工作時(shí)，星形彈性元件受壓并傳遞扭矩。,應(yīng)用范圍：允許兩軸的相對徑向位移約為：0.2 mm， 偏角位移約為：1 30,6. 星形彈性聯(lián)軸器,一、聯(lián)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,具體應(yīng)考慮如下要求,對大功率重載傳動(dòng)，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(dòng)的傳動(dòng)，宜選用輪胎聯(lián)軸器；,選用原則：,14-2 聯(lián)軸器的選擇,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(dòng)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(shí)，應(yīng)

13、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(shí)：= 滑塊聯(lián)軸器 ；,角位移較大，或兩軸相交時(shí)： = 萬向聯(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(qiáng)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(hù)簡單、成本低廉的聯(lián)軸器。,5) 聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和經(jīng)濟(jì)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(dòng) ；,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(dòng)。,6) 安全性要

14、求,有安全保護(hù)要求的軸，應(yīng)選用安全聯(lián)軸器。,二、 計(jì)算聯(lián)軸器的扭矩,計(jì)算轉(zhuǎn)矩：,Tca=KAT,KA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(hào),選型依據(jù)： Tca T ， 由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定型號(hào)；,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(hào)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,進(jìn)行必要的校核,聯(lián)軸器除了要滿足

15、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的要求外，必要時(shí)還應(yīng)對聯(lián)軸器中的零件進(jìn)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,聯(lián)軸器的選擇流程 ：,作用：在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，使兩軸隨時(shí)接合或分離；用來操縱機(jī)器傳動(dòng)的斷續(xù)，以便進(jìn)行變速或換向；,分類,一、離合器的分類,按其工作原理分,機(jī)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(dòng)式,按操縱方式分,14-3 離合器,二、對離合器的基本要求,分離、接合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；,結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；,接合元件耐磨性好，使用壽命長

16、，散熱條件好；,操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便。,結(jié)構(gòu)：由端面帶牙的固定套筒、活動(dòng)套筒、對中環(huán)組成。,工作原理：利用操縱桿移動(dòng)滑環(huán)，實(shí)現(xiàn)兩套筒的結(jié)合與分離。,（一）牙嵌離合器,主動(dòng)軸,從動(dòng)軸,固定套筒,活動(dòng)套筒,對中環(huán),牙型,三角形,梯 形,鋸齒形,-傳遞中小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為1660,梯形牙可以補(bǔ)償磨損后的牙側(cè)間隙。,鋸齒形只能單向工作。反轉(zhuǎn)時(shí)具有較大的軸向分力，會(huì)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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。,低碳合金鋼：20Cr 、 20MnB。 滲碳淬火后牙面硬度：5662 HRC;,中碳合金鋼：40Cr 、 45Mn

17、B。 表面淬火后牙面硬度：4858 HRC;,承載能力：取決于牙面的擠壓強(qiáng)度和齒根的彎曲強(qiáng)度:,材料：,潘存云教授研制,1) 單盤摩擦離合器,摩擦扭矩: Tmax = F f R,結(jié)構(gòu)：由固定圓盤1、活動(dòng)圓盤2、滑環(huán)組成。,工作原理：移動(dòng)滑環(huán)，可實(shí)現(xiàn)兩圓盤的結(jié)合與分離，靠摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。,過載時(shí)打滑，起保護(hù)作用；,結(jié)合平穩(wěn)、沖擊和振動(dòng)小。,在任何轉(zhuǎn)速條件下兩軸都可以進(jìn)行結(jié)合；,缺點(diǎn)： 結(jié)合過程中不可避免出現(xiàn) 打滑，引起磨損和發(fā)熱；,（二）圓盤摩擦離合器,優(yōu)點(diǎn)：,潘存云教授研制,工作原理： 移動(dòng)滑環(huán)，通過杠桿作用，壓緊或放松摩擦片，來實(shí)現(xiàn)兩軸的結(jié)合與分離。,3) 多盤摩擦離合器,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

18、 多個(gè)摩擦片疊加在一起；,三維動(dòng)畫,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=1215,摩擦扭矩:,Tmax= z F f R, KA T,表面壓強(qiáng):,p,對于頻繁啟動(dòng)的離合器，可將表中p降低1530%。,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(yùn)轉(zhuǎn)。,潘存云教授研制,結(jié)構(gòu)：錐臺(tái)表面為摩擦接觸面。,優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：徑向尺寸較大，不如多盤式緊湊。,（三）圓錐式摩擦離合器,潘存云教授研制,離合器的操縱方式,機(jī)械力,電磁力,氣動(dòng)力,液壓力,結(jié)構(gòu)：其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與機(jī)械式多片摩擦離合器一樣。,優(yōu)點(diǎn)：由于采用了電磁力進(jìn)行控制，因此控制靈活， 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。,（四）電磁摩擦離合器,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(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)兩軸的接合或分離；接合過程平穩(wěn)，沖擊