機械設(shè)計基礎(chǔ)(第五版)-聯(lián)軸器、離合器

1、第第17章章 聯(lián)軸器、離合器聯(lián)軸器、離合器 17-1 聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用 17-2 固定式剛性聯(lián)軸器固定式剛性聯(lián)軸器 17-3 可移動剛性聯(lián)軸器可移動剛性聯(lián)軸器 17-4 彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器 17-5 牙嵌式離合器牙嵌式離合器 17-6 圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器 17-7 磁粉離合器磁粉離合器 17-8 定向離合器定向離合器 17-1 聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用 工作特點：工作特點：聯(lián)軸器用于剛性靜態(tài)聯(lián)接；而離合器則用聯(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。于兩軸之間的動態(tài)聯(lián)接。 分類：分類： 彈性聯(lián)軸器彈性

2、聯(lián)軸器 剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器 固定式聯(lián)軸器固定式聯(lián)軸器 移動式聯(lián)軸器移動式聯(lián)軸器 作用：作用：主要用于將兩根軸聯(lián)接在一起，使它們一起旋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。轉(zhuǎn)，并傳遞扭矩。 聯(lián)軸器聯(lián)軸器 牙嵌式離合器牙嵌式離合器 離合器離合器 摩擦式離合器摩擦式離合器 電磁離合器電磁離合器 自動離合器自動離合器 應(yīng)用實例：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。手腕驅(qū)動機構(gòu)、汽車后橋驅(qū)動、車輛啟停等。 17-1 聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用 聯(lián)軸器、離合器聯(lián)軸器、離合器大都已經(jīng)標準化了，可直接大都已經(jīng)標準化了，可直接選用選用。 1. 工作條

3、件工作條件 選類型選類型 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 2. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 軸徑軸徑 確定型號與規(guī)格確定型號與規(guī)格 計算轉(zhuǎn)矩：計算轉(zhuǎn)矩： Tc=KATKA-工作情況系數(shù)；工作情況系數(shù)；T-名義轉(zhuǎn)矩；名義轉(zhuǎn)矩； 表表17-1 工作情況系數(shù)工作情況系數(shù)KA 工工 作作 機機 原動機為電動機時原動機為電動機時 發(fā)電機、小型通風機、小型離心機發(fā)電機、小型通風機、小型離心機 1.3 透平壓縮機、木工機械、輸送機透平壓縮機、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、造紙機械挖掘機、起重機、碎

4、石機、造紙機械 2.3 17-1 聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用聯(lián)軸器、離合器的類型和應(yīng)用 17-2 固定式剛性聯(lián)軸器固定式剛性聯(lián)軸器 套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器 凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器 17-2 固定式剛性聯(lián)軸器固定式剛性聯(lián)軸器 y x 兩軸線的相對位移兩軸線的相對位移: : 軸向、徑向、角度、綜合。軸向、徑向、角度、綜合。 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。能補償兩軸的相對位移。 x y

5、 軸向軸向 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。 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 一、齒式聯(lián)軸器一、齒式聯(lián)軸器 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 優(yōu)點優(yōu)點：傳遞扭矩大、能補償綜合位移。：傳遞扭矩大、能補償綜合位移。 缺點缺點：結(jié)構(gòu)笨重、造價高。：結(jié)構(gòu)笨重、造價高。 應(yīng)用應(yīng)用：用于重型傳動。：用于重型傳動。 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 二、滑塊聯(lián)軸器二、滑塊聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：兩個端面開有徑向凹槽的半聯(lián)軸器，兩端各具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

6、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。中，構(gòu)成移動副。 工作原理工作原理：當兩軸存在不對中和偏斜時，滑塊將在凹：當兩軸存在不對中和偏斜時，滑塊將在凹 槽內(nèi)滑動。槽內(nèi)滑動。 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。滑塊因偏心產(chǎn)生離心結(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。力和磨損，并給軸和軸承帶來附加動載荷。 適用范圍：適用范圍：30, y0.04d，v300 r/min y y 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 三、萬向聯(lián)軸器三、萬向聯(lián)軸器 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 作用作用：用于傳遞兩相交軸之間：用于傳遞

7、兩相交軸之間 的動力和運動，而且在傳動過的動力和運動，而且在傳動過 程中，兩軸之間的夾角還可以程中，兩軸之間的夾角還可以 改變。改變。共軸、 有夾角 應(yīng)用應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、機床：廣泛應(yīng)用于汽車、機床 等機械傳動系統(tǒng)中。等機械傳動系統(tǒng)中。 1. 單萬向鉸鏈機構(gòu)單萬向鉸鏈機構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點：兩傳動軸末端各有：兩傳動軸末端各有 一個叉形支架，用鉸鏈與中間一個叉形支架，用鉸鏈與中間 的的“十字形十字形”構(gòu)件相聯(lián)，構(gòu)件相聯(lián)，“十十 字形字形”構(gòu)件的中心位于兩軸交構(gòu)件的中心位于兩軸交 點處，點處，= 0 45。軸間角為軸間角為 ： 運動分析：運動分析：兩軸平均傳動比為兩軸平均傳動比為1， 但瞬時傳

8、動比是動態(tài)變化的。但瞬時傳動比是動態(tài)變化的。 A 2 A 1 1 B r r vA1 = r1 在圖示位置在圖示位置I, 以軸以軸1為參考為參考 系，對系，對A點有點有 ： 以軸以軸2為參考系，對為參考系，對A點有點有 ： vA2 = r2= r cos 2 顯然有顯然有 ： vA1 = vA2 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 r” 其它位置：其它位置： 代入得：代入得： 1 1 B B A 2 在圖示位置在圖示位置II, 以軸以軸2為參考為參考 系，對系，對B點有點有 ： vB2 = r”2 以軸以軸1為參考系，對為參考系，對B點有點有 ： vB1 = r”1= 1 r cos

9、同樣有同樣有 ： vB1 = vB2 r 代入得：代入得：2=1 cos 2 1 =”2 1 1 cos 1cos 2 1 =cos2 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 2. 雙萬向鉸鏈機構(gòu)雙萬向鉸鏈機構(gòu) 安裝要求：安裝要求： 主動、從動、中間三軸共面；主動、從動、中間三軸共面； 主動軸、從動軸與中間件軸線間的夾角必須相等；主動軸、從動軸與中間件軸線間的夾角必須相等； 中間軸兩端的叉面應(yīng)在同一平面內(nèi)。中間軸兩端的叉面應(yīng)在同一平面內(nèi)。 C 2 1 21 C 17-3 可移式剛性聯(lián)軸器可移式剛性聯(lián)軸器 一、彈性套柱銷聯(lián)軸一、彈性套柱銷聯(lián)軸 器器 17-4 彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)特點：

10、結(jié)構(gòu)特點：外觀與凸緣聯(lián)軸器相似，用帶橡膠彈性套外觀與凸緣聯(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。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預(yù)留安裝空間以便與更換橡膠套 A 預(yù)留間隙以補償預(yù)留間隙以補償 軸向位移。軸向位移。 c 圓柱孔圓柱孔 圓錐孔圓錐孔 二、彈性柱銷聯(lián)軸器二、彈性柱銷聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)：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。用尼龍制成的柱銷置于兩個半聯(lián)軸器凸緣的孔中。 尼龍銷尼龍銷 擋板擋板 cc 銷與擋板之間銷與擋板之間 留有間隙留有間隙 結(jié)構(gòu)簡單、更換柱銷方便。結(jié)構(gòu)簡單、更換柱銷方便。 特點：特點：上述兩種聯(lián)軸器的動力通過彈上述兩種聯(lián)軸器的動

11、力通過彈 性元件傳遞，緩和沖擊、吸性元件傳遞，緩和沖擊、吸 收振動。收振動。 應(yīng)用：應(yīng)用：適用于正反向變化多，啟動適用于正反向變化多，啟動 頻繁的高速軸。頻繁的高速軸。 適用范圍：適用范圍：-12t60， v 8000 r/min 能能補償補償較大的軸向位移，并較大的軸向位移，并允許允許 微量的徑向位移和角位移。微量的徑向位移和角位移。 兩種柱銷兩種柱銷 17-4 彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器 三、梅花型彈性聯(lián)軸三、梅花型彈性聯(lián)軸 器器 四、彈性活塊聯(lián)軸器四、彈性活塊聯(lián)軸器 五、輪胎式聯(lián)軸器五、輪胎式聯(lián)軸器 17-4 彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器 特點：特點：兩半聯(lián)軸器間放置梅花型非金屬彈性元件。兩半聯(lián)軸器間

12、放置梅花型非金屬彈性元件。 特點：特點：兩半聯(lián)軸器間放置非金屬彈性元件，各元件間不相連。兩半聯(lián)軸器間放置非金屬彈性元件，各元件間不相連。 具有較大徑向和角向補償量，公稱轉(zhuǎn)矩和許用轉(zhuǎn)速也較大。具有較大徑向和角向補償量，公稱轉(zhuǎn)矩和許用轉(zhuǎn)速也較大。 1、允許相對位移較大，角位移可達、允許相對位移較大，角位移可達512， 軸向位移可達軸向位移可達0.02D，徑向位可達，徑向位可達0.01D， D為聯(lián)軸器外徑。為聯(lián)軸器外徑。 2、適用于啟動頻繁、正反向運轉(zhuǎn)、有沖擊振、適用于啟動頻繁、正反向運轉(zhuǎn)、有沖擊振 動、兩軸間有較大的相對位移量以及潮濕動、兩軸間有較大的相對位移量以及潮濕 多塵之處。多塵之處。 3、

13、徑向尺寸龐大，軸向尺寸較窄，利于縮短、徑向尺寸龐大，軸向尺寸較窄，利于縮短 串接機組的總長度。串接機組的總長度。 17-5 牙嵌離合器牙嵌離合器 結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)組成：端面帶牙的固定套筒、活動套筒、對中環(huán)端面帶牙的固定套筒、活動套筒、對中環(huán) 固定套筒固定套筒活動套筒活動套筒 滑環(huán)滑環(huán) 對中環(huán)對中環(huán) 工作原理：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。利用操縱桿移動滑環(huán)，實現(xiàn)兩套筒的結(jié)合與分離。 牙型牙型 6090 28 28 60 三角形三角形 梯梯 形形 鋸齒形鋸齒形 -傳遞中小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為傳遞中小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為1560 -傳遞較大轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為傳遞較大轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為315 梯形牙可以補

14、償磨損后的牙側(cè)間隙。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。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：制造要求：各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均勻分布。各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均勻分布。 17-5 牙嵌離合器牙嵌離合器 特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。 材料：材料：低碳合金鋼：低碳合金鋼：20Cr 、 20MnB。 滲碳淬火后牙面硬度：滲碳淬火后牙面硬度：5662 HRC; 中碳合金鋼：中碳合金鋼：40Cr 、 45MnB。 表面淬火后牙面硬度：表面淬火后牙面硬度：4858 HRC; 承載

15、能力：承載能力：取決于齒根的彎曲強度。取決于齒根的彎曲強度。 hkAT zWD0 b b= b b 2kAT zD0ah p = p W-齒根彎曲截面系數(shù)；齒根彎曲截面系數(shù)；D0-牙平均直徑；牙平均直徑；a-牙的寬度。牙的寬度。 D0 a h式中：式中：h為牙齒高度；為牙齒高度；z為牙齒數(shù)；為牙齒數(shù)； 17-5 牙嵌離合器牙嵌離合器 1 2 3 一、單片式圓盤摩擦離合器一、單片式圓盤摩擦離合器 摩擦扭矩摩擦扭矩: Tmax=Fa f Rf 結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)：由固定圓盤由固定圓盤1、活動圓盤、活動圓盤2、滑環(huán)組成。、滑環(huán)組成。 工作原理：工作原理：移動滑環(huán)，可實現(xiàn)兩圓盤的結(jié)合與分離，靠摩擦力帶移動滑

16、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。動從動軸轉(zhuǎn)動。 缺缺 點：點： 結(jié)合過程中不可避免出現(xiàn)打滑，引結(jié)合過程中不可避免出現(xiàn)打滑，引 起磨損和發(fā)熱；起磨損和發(fā)熱； 2. 過載時打滑，起保護作用；過載時打滑，起保護作用； 3. 結(jié)合平穩(wěn)、沖擊和振動小。結(jié)合平穩(wěn)、沖擊和振動小。 優(yōu)優(yōu) 點：點： 1. 在任何轉(zhuǎn)速條件下兩軸都可以進在任何轉(zhuǎn)速條件下兩軸都可以進 行結(jié)合；行結(jié)合； Fa Rf 2 1 3 Fa 17-6 圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器 主動摩擦片主動摩擦片 杠桿杠桿滑環(huán)滑環(huán) 調(diào)整螺調(diào)整螺 母母 被動摩擦片被動摩擦片 二、多片式圓盤二、多片式圓盤摩擦離合器摩擦離合器 結(jié)構(gòu)特點

17、：結(jié)構(gòu)特點：多個摩擦片多個摩擦片 疊加在一起。疊加在一起。 工作原理：工作原理：移動滑環(huán)，移動滑環(huán)， 通過杠桿作用，壓緊通過杠桿作用，壓緊 或放松磨擦片，來實或放松磨擦片，來實 現(xiàn)兩軸的結(jié)合現(xiàn)兩軸的結(jié)合 與分離。與分離。 17-6 圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器 摩擦片材料：摩擦片材料：淬火鋼片、壓制石棉片。淬火鋼片、壓制石棉片。 摩擦片數(shù)量摩擦片數(shù)量z 傳遞扭矩傳遞扭矩T 但但z過大將使各層間壓力不均勻，一般取過大將使各層間壓力不均勻，一般取: z=1215 摩擦扭矩摩擦扭矩:Tmax= z Fa f Rf z Fa f (D1 +D2) = 4 KA T 4 Fa p = (D1 +D2)

18、表面壓強表面壓強:p D1 D2 17-6 圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器 有潤滑劑有潤滑劑 無潤滑劑無潤滑劑 p/ MPa 表表17-2 常用摩擦片材料的常用摩擦片材料的 f 和和 p 摩擦片材料摩擦片材料 f 圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器 鑄鐵鑄鐵鑄鐵或鋼鑄鐵或鋼 0.050.06 0.15 0.2 0.250.30 淬火鋼淬火鋼淬火鋼淬火鋼 0.050.06 0.18 0.60.8 青銅青銅鋼或鑄鐵鋼或鑄鐵 0.08 0.17 0.18 0.40.5 壓制石棉壓制石棉鋼或鑄鐵鋼或鑄鐵 0.12 0.3 0.5 0.200.30 對于頻繁啟動的離合器，可將表中對于頻繁啟動的離合器，可將表中p

19、降低降低1530%。 類型類型 反應(yīng)敏捷，但摩擦片易磨損。反應(yīng)敏捷，但摩擦片易磨損。 油式磨擦離合器油式磨擦離合器 干式磨擦離合器干式磨擦離合器 磨損輕微、壽命長、并能磨損輕微、壽命長、并能 在繁重的條件下運轉(zhuǎn)。在繁重的條件下運轉(zhuǎn)。 17-6 圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器 離合器的操縱方式離合器的操縱方式 機械力機械力 電磁力電磁力 氣動力氣動力 液壓力液壓力 17-6 圓盤摩擦離合器圓盤摩擦離合器 三、操縱方式三、操縱方式 磁粉材料：磁粉材料： 鐵鈷鎳、鐵鈷釩等合金粉，加入少量二硫化鉬。鐵鈷鎳、鐵鈷釩等合金粉，加入少量二硫化鉬。 形狀為球形或橢球形，顆粒直徑為：形狀為球形或橢球形，顆粒直徑為

20、：2070 m。 優(yōu)點：優(yōu)點： 1）勵磁電流）勵磁電流 I 與轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩T呈線性關(guān)系、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)簡單而呈線性關(guān)系、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)簡單而 且精確，調(diào)節(jié)范圍寬。且精確，調(diào)節(jié)范圍寬。 2) 可用作恒張力控制，是造紙機、紡織機、印刷機、可用作恒張力控制，是造紙機、紡織機、印刷機、 繞線機等的理想裝置。繞線機等的理想裝置。 3) 若將主動件固定，則可作制動器使用。若將主動件固定，則可作制動器使用。 缺點：缺點：相對而言比較笨重。相對而言比較笨重。 4) 操縱方便、離合平穩(wěn)、工作可靠。操縱方便、離合平穩(wěn)、工作可靠。 17-7 磁粉離合器磁粉離合器 當外環(huán)反向轉(zhuǎn)動時，則帶動滾當外環(huán)反向轉(zhuǎn)動時，則帶動滾 柱克服彈簧力

21、而滾到楔形空間柱克服彈簧力而滾到楔形空間 的寬敞位置，離合器處于分離的寬敞位置，離合器處于分離 狀態(tài)。狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由星輪、外環(huán)、滾柱、彈簧推桿等零件組成。由星輪、外環(huán)、滾柱、彈簧推桿等零件組成。 工作原理：工作原理： 當外環(huán)逆時鐘轉(zhuǎn)動時，以摩擦當外環(huán)逆時鐘轉(zhuǎn)動時，以摩擦 力帶動滾柱向前滾動，進一步力帶動滾柱向前滾動，進一步 楔緊內(nèi)外接觸面，從而驅(qū)動星楔緊內(nèi)外接觸面，從而驅(qū)動星 輪一起旋轉(zhuǎn)。輪一起旋轉(zhuǎn)。 一、滾柱式定向離合器一、滾柱式定向離合器 滾柱在彈簧推桿作用下處于半楔緊狀態(tài)。滾柱在彈簧推桿作用下處于半楔緊狀態(tài)。 17-8 定向離合器定向離合器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、楔塊、支撐環(huán)、拉簧等零件組成。由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、