陜西科技大學(xué) 過(guò)程裝備與控制工程 課件2機(jī)械設(shè)計(jì)(王寧俠)第15章

1、第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 第第15章章 聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.1 概述 15.2 聯(lián)軸器 15.3 離合器 15.4 制動(dòng)器 習(xí)題 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.1 概述概述 15.1.1 功用功用 聯(lián)軸器和離合器是用來(lái)聯(lián)接兩軸(有時(shí)也可聯(lián)接軸與其他 回轉(zhuǎn)零件)，使其一同回轉(zhuǎn)并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的常用部件。 在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，聯(lián)接的兩軸不能分離，必須停車(chē)后，通過(guò) 拆卸兩軸方可分離的聯(lián)接裝置稱為聯(lián)軸器， 見(jiàn)圖15-1。聯(lián)軸器 有時(shí)可以作為一種安全裝置，靠聯(lián)接件的折斷、分離或打滑使 傳動(dòng)中斷或限制轉(zhuǎn)矩的傳遞，起到過(guò)載保護(hù)作用(見(jiàn)圖15-2)； 有時(shí)還可以作為一種

2、特殊的調(diào)速裝置。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-1 聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-2 雙剪式剪切銷安全聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可根據(jù)需要使兩軸隨時(shí)接合或分離的裝置 稱為離合器。離合器能夠 “操縱”或“控制”機(jī)械的啟動(dòng)和 停車(chē)，齒輪箱速度的變換，傳動(dòng)軸間在運(yùn)動(dòng)中的同步和相互超 越以及過(guò)載時(shí)的安全保護(hù)等。 制動(dòng)器是保證機(jī)器正常安全工作的重要部件。它可以使機(jī) 器降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度或迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。有一類制動(dòng)器還可以調(diào)節(jié)機(jī) 器的速度。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.1.2 計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)矩 聯(lián)軸器和離合器多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，在選擇時(shí)可根據(jù)工作要求

3、 (計(jì)算轉(zhuǎn)矩、工作條件等) 選擇合適的類型，再按被聯(lián)接軸的直 徑、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速?gòu)挠嘘P(guān)手冊(cè)中查出適用的型號(hào)尺寸，必要時(shí)再 驗(yàn)算其中主要工作零件的強(qiáng)度和其他性能。 聯(lián)軸器和離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩包括正常的工作載荷，啟動(dòng)時(shí) 的動(dòng)載荷及工作時(shí)的過(guò)載現(xiàn)象。應(yīng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算 轉(zhuǎn)矩，此計(jì)算轉(zhuǎn)矩可用下式求得： Tc=KT 式中：T聯(lián)軸器和離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為Nm； K工作情況系數(shù)，見(jiàn)表15-1。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 制動(dòng)器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩是根據(jù)機(jī)器的結(jié)構(gòu)情況、制動(dòng)軸上的轉(zhuǎn) 矩TA，并考慮一定的安全裕度得出的： Tc=STA (15-1) 式中：S制動(dòng)安全系數(shù)，參閱表

4、15-2推薦值。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 聯(lián)軸器和離合器的種類很多，本章只介紹有代表性的幾種 類型，其他類型可參閱有關(guān)手冊(cè)。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.2 聯(lián)軸器聯(lián)軸器 聯(lián)軸器的類型較多，通常按照組成中是否具有彈性變形元 件將其劃分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器全 部由剛性零件組成，沒(méi)有緩沖減振能力，故適用于載荷平穩(wěn)或 有輕微沖擊的兩軸聯(lián)接。在剛性聯(lián)軸器中，還可以根據(jù)它能否 補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線的可能位移，將它劃分為固定式和可移式兩 種。 剛性固定式聯(lián)軸器中，所有零件相對(duì)于所聯(lián)接的軸是固定 不動(dòng)的，并且無(wú)法自動(dòng)適應(yīng)軸線的偏移情況。因此這類聯(lián)軸器 要求所聯(lián)兩軸的軸線對(duì)

5、中準(zhǔn)確，且適合于工作中軸線不會(huì)發(fā)生 相對(duì)位移的兩軸聯(lián)接。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 剛性可移式聯(lián)軸器，在結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有可移動(dòng)的零件，能夠 自動(dòng)適應(yīng)軸線間可能出現(xiàn)的如圖15-3所示的位移情況。這類聯(lián) 軸器適用于基礎(chǔ)和機(jī)架剛性差、工作時(shí)不能保證兩軸線對(duì)中的 兩軸聯(lián)接。 彈性聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有彈性變形元件，可以依靠彈性 元件的變形與儲(chǔ)能性來(lái)緩沖減振, 并補(bǔ)償一定范圍內(nèi)的軸線位移。 制造彈性元件的材料有金屬材料和非金屬材料兩種。金屬 材料制成的彈性元件(主要為各種彈簧)強(qiáng)度高、尺寸小、壽命 較長(zhǎng)，但制造成本高。非金屬材料(橡膠、塑料等) 元件具有良 好的減振性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但壽命較短。

6、彈性聯(lián)軸 器目前應(yīng)用廣泛，品種也越來(lái)越多。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-3 兩軸軸線的相對(duì)位移 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.2.1 聯(lián)軸器的類型聯(lián)軸器的類型 1. 剛性固定式聯(lián)軸器剛性固定式聯(lián)軸器 剛性固定式聯(lián)軸器中應(yīng)用較多的有套筒式、夾殼式和凸緣 式等結(jié)構(gòu)類型。這里只介紹較為常用的凸緣聯(lián)軸器。 如圖15-4所示，凸緣聯(lián)軸器由兩個(gè)帶凸緣的半聯(lián)軸器分別 和兩軸聯(lián)在一起，再用螺栓把兩半聯(lián)軸器聯(lián)成一體而成。為了 保證軸線對(duì)中，這種聯(lián)軸器常采用兩種對(duì)中結(jié)構(gòu)：如圖15-4(a) 所示為用兩半聯(lián)軸器端面的凸肩和凹槽對(duì)中，靠預(yù)緊普通螺栓 在凸緣接合面產(chǎn)生摩擦力矩來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩；如圖15-

7、4(b)所示為用 鉸制孔螺栓對(duì)中，靠螺栓剪切和擠壓來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。前者制造簡(jiǎn) 單，對(duì)中性好；后者能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-4 凸緣聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 聯(lián)軸器的材料一般采用35、ZG270500，當(dāng)轉(zhuǎn)速不高(外 緣速度v35 ms)時(shí)，也可用中等強(qiáng)度的鑄鐵制造。凸緣聯(lián) 軸器應(yīng)用廣泛，維護(hù)容易，對(duì)中精確可靠，但要求準(zhǔn)確保持凸 緣端面與軸線垂直。這種聯(lián)軸器適用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接， 如提高制造和安裝精度，也可用于高速重載場(chǎng)合。 凸緣聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化，按標(biāo)準(zhǔn)(GBT 58431986)選定凸 緣聯(lián)軸器型號(hào)后，必要時(shí)應(yīng)對(duì)聯(lián)接兩個(gè)半聯(lián)軸器的螺栓進(jìn)行強(qiáng) 度

8、校核。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 凸緣聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上略加改動(dòng)，可成為安全聯(lián)軸器。例如 將鉸制孔螺栓換成剪切銷，過(guò)載時(shí)，銷釘被剪斷，從而可防止 機(jī)械中重要零件的損壞。銷釘?shù)亩嗣媸歉鶕?jù)轉(zhuǎn)矩超過(guò)許用值時(shí)， 由銷釘斷口處被剪斷的條件計(jì)算出來(lái)的。這種過(guò)載保護(hù)方式在 銷釘剪斷處發(fā)生沖擊，而且更換銷釘時(shí)要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，所以 適用于過(guò)載可能性不大，但又有必要采取安全保護(hù)措施的場(chǎng)合。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 2. 剛性可移式聯(lián)軸器剛性可移式聯(lián)軸器 常用的剛性可移式聯(lián)軸器有以下幾種。 1) 滑塊聯(lián)軸器 滑塊聯(lián)軸器以滑塊構(gòu)成動(dòng)聯(lián)接來(lái)實(shí)現(xiàn)剛性可移的要求。根 據(jù)滑塊結(jié)構(gòu)不同，滑塊聯(lián)軸器又分為十字滑塊聯(lián)軸器

9、和NZ撓 性爪型聯(lián)軸器。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 如圖15-5所示為十字滑塊聯(lián)軸器。它由兩個(gè)端面開(kāi)有徑向 凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面帶凸牙的中間盤(pán)所構(gòu)成。中間盤(pán)兩 面的方形凸牙互相垂直呈十字形，嵌配在兩個(gè)半聯(lián)軸器的滑槽 中。因?yàn)槭只瑝K可在凹形槽中滑動(dòng)，所以可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)兩軸間的位移。十字滑塊聯(lián)軸器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺 寸小，但工作面易磨損，一般適用于兩軸平行但有較大徑向位 移，工作時(shí)無(wú)大的沖擊和轉(zhuǎn)速不高的場(chǎng)合。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-5 十字滑塊聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 如圖15-6所示為NZ撓性爪型聯(lián)軸器。它是滑塊聯(lián)軸器的 一種派生形式。它

10、與十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)相似，只是兩個(gè)半聯(lián) 軸器上的凹槽較寬，并把中間盤(pán)變?yōu)閮擅娌粠寡赖姆叫位瑝K， 且通常用夾布膠木或尼龍制成。這種聯(lián)軸器己標(biāo)準(zhǔn)化 (JB/ZQ43841986)，適用于傳遞轉(zhuǎn)矩不大、轉(zhuǎn)速較高、無(wú)劇 烈沖擊的兩軸聯(lián)接。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-6 NZ撓性爪型聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 2) 齒式聯(lián)軸器 齒式聯(lián)軸器(見(jiàn)圖15-7)由兩個(gè)具有外齒的半聯(lián)軸器和兩個(gè) 帶內(nèi)齒及凸緣的外殼組成。兩外殼用螺栓相聯(lián)、殼內(nèi)儲(chǔ)有潤(rùn)滑 油，以便聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)將油甩向四周以潤(rùn)滑嚙合齒輪，從而減 小嚙合輪齒間的摩擦和相對(duì)移動(dòng)阻力以及降低作用在軸和軸承 上的附加載荷。 齒式聯(lián)軸

11、器工作時(shí)，依靠?jī)?nèi)、外輪齒嚙合來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。由 于半聯(lián)軸器的外齒齒頂加工成球面(球面中心應(yīng)位于軸線上)， 且使嚙合齒間具有較大的齒側(cè)間隙，因此它具有良好的補(bǔ)償兩 軸作任何方向位移的能力。如果將外齒輪修形成鼓形齒，則更 有利于增大聯(lián)軸器的補(bǔ)償綜合位移的能力。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-7 齒式聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 3) 萬(wàn)向聯(lián)軸器 萬(wàn)向聯(lián)軸器是通過(guò)萬(wàn)向鉸鏈機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償軸線偏 斜的。常見(jiàn)的萬(wàn)向聯(lián)軸器有十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器(見(jiàn)圖15-8(a)和 雙萬(wàn)向聯(lián)軸器(見(jiàn)圖15-8(b)。 如圖15-8(a)所示， 十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器由兩個(gè)叉形零件、 十字形元件和銷軸等組成。兩

12、銷軸互相垂直配置并分別把兩個(gè) 叉形零件與十字形元件聯(lián)接起來(lái)構(gòu)成萬(wàn)向鉸鏈。因此，當(dāng)一軸 的位置固定后，另一軸可以在任意方向偏斜，角位移可達(dá) 3545。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-8 萬(wàn)向聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 由分析可知，采用如圖15-8(a)所示的聯(lián)軸器傳動(dòng)的主要 缺點(diǎn)是，當(dāng)兩軸間夾角0時(shí)，主動(dòng)軸以等角速度1回轉(zhuǎn)， 從動(dòng)軸的角速度2將在下列范圍內(nèi)作周期性的變化： 1 cos21/cos, 因而在傳動(dòng)中會(huì)引起附加的動(dòng)載荷。聯(lián)接 于從動(dòng)軸上的零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，動(dòng)載荷也越大。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 為了克服上述缺點(diǎn)，常將萬(wàn)向聯(lián)軸器成對(duì)使用，構(gòu)成所謂 雙萬(wàn)向

13、聯(lián)軸器(見(jiàn)圖15-8(b)。在設(shè)計(jì)和使用時(shí)，如果能保證聯(lián) 軸器中間軸兩端的叉平面位于同一平面內(nèi)，且使中間軸與主、 從動(dòng)軸之間的夾角相等(見(jiàn)圖15-9)，則當(dāng)主動(dòng)軸等角速度回轉(zhuǎn) 時(shí)，盡管中間軸本身的轉(zhuǎn)速是不均勻的，但從動(dòng)軸卻以與主動(dòng) 軸相等的角速度回轉(zhuǎn)，從而避免動(dòng)載荷的產(chǎn)生。 這類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，適合于兩軸有較大偏斜角或在工作 中有較大角位移的地方，如汽車(chē)、多頭鉆床等傳動(dòng)系統(tǒng)。小型 十字萬(wàn)向聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可按標(biāo)準(zhǔn)選用。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-9 雙萬(wàn)向聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 4) 滾子鏈聯(lián)軸器 滾子鏈聯(lián)軸器(見(jiàn)圖15-10)是利用一公共滾子鏈(單排或雙

14、 排)同時(shí)與兩個(gè)齒數(shù)相同的并列鏈輪相嚙合以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器 相聯(lián)接的一種聯(lián)軸器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，徑向尺 小較小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，效率很高，具有一定的補(bǔ)償位 移能力，工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，惡劣工作環(huán)境(如高溫、潮 濕、多塵、油污等)也能使用，成本低。但若離心力過(guò)大會(huì)加 速各元件間的磨損和發(fā)熱，不宜用于很高速度的傳動(dòng)；而且緩 沖、減振能力不大，不宜在頻繁啟動(dòng)、強(qiáng)烈沖擊下工作。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-10 滾子鏈聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 3. 彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器 彈性聯(lián)軸器裝有彈性元件，用于補(bǔ)償兩軸的相對(duì)偏移并緩 沖吸振。按制造彈性元件的材料不同，彈

15、性聯(lián)軸器可分為金屬 彈性元件聯(lián)軸器和非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器。但無(wú)論哪一種，彈 性元件儲(chǔ)存能量越多，聯(lián)軸器緩沖能力就越好；彈性元件的彈 性滯后性能越好，聯(lián)軸器的消振能力也就越強(qiáng)。 1) 彈性套柱銷聯(lián)軸器 彈性套柱銷聯(lián)軸器(見(jiàn)圖15-11)在結(jié)構(gòu)上類似凸緣聯(lián)軸器， 也有兩個(gè)帶凸緣的半聯(lián)軸器分別與主、從動(dòng)軸相聯(lián)。但聯(lián)接兩 個(gè)半聯(lián)軸器的不是簡(jiǎn)單的螺栓，而是帶彈性套的柱銷。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-11 彈性套柱銷聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 彈性套為橡膠制品，常做成蛹狀結(jié)構(gòu)以提高其彈性。由于 彈性套為傳力、減振和補(bǔ)償位移的元件，因此應(yīng)具有一定的抗 壓強(qiáng)度。柱銷用45鋼制成，其

16、圓柱部分與彈性套配合，借助錐 面與螺紋聯(lián)接固定在一半聯(lián)軸器凸緣圓周上。 這種聯(lián)軸器制造容易，裝拆方便，成本較低；但彈性套易 磨損，壽命較短。它適用于聯(lián)接載荷平穩(wěn)、需正反轉(zhuǎn)或啟動(dòng)頻 繁、傳遞中小轉(zhuǎn)矩的軸。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 2) 彈性柱銷聯(lián)軸器 如圖15-12所示，這種聯(lián)軸器是用彈性柱銷將兩個(gè)半聯(lián)軸 器聯(lián)接起來(lái)。工作時(shí)，轉(zhuǎn)矩是通過(guò)半聯(lián)軸器、 柱銷而傳到從動(dòng)軸上去的。為了防止柱銷脫落，在半聯(lián)軸 器的外側(cè)用螺釘固定擋板。柱銷常用尼龍制成，具有一定的彈 性和耐磨能力。柱銷的形狀一般為圓柱形與鼓形的組合體，在 載荷平穩(wěn)、安裝精度較高的情況下，也可采用剖面不變化的圓 柱形柱銷。 第15章聯(lián)軸

17、器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-12 彈性柱銷聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 這種聯(lián)軸器較彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且傳遞轉(zhuǎn)矩 的能力更大，也有一定的緩沖吸振能力，允許被聯(lián)接兩軸有一 定的軸向位移及少量的徑向位移和偏角位移，適用于軸向竄動(dòng) 較大、正反轉(zhuǎn)變化較多和啟動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。由于尼龍柱銷對(duì)溫 度較敏感，因此使用溫度控制在-20+70的范圍內(nèi)。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 3) 梅花形彈性聯(lián)軸器 如圖15-13所示的梅花形彈性聯(lián)軸器，是利用梅花形彈性 元件置于兩半聯(lián)軸器凸爪之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)接的。彈性元件可根據(jù)使 用要求選用不同硬度的聚氨酯、尼龍、橡膠等材料制造。 工作時(shí)，彈性元件受擠壓，

18、聯(lián)軸器凸爪受剪切和彎曲。傳 遞轉(zhuǎn)矩的能力主要取決于彈性元件的擠壓強(qiáng)度。梅花形彈性聯(lián) 軸器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，具有良好的補(bǔ)償位移和減 振能力。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-13 梅花形彈性聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 4) 輪胎式聯(lián)軸器 輪胎式聯(lián)軸器如圖15-14所示。它用橡膠或橡膠織物制成 輪胎狀的彈性元件，兩端用壓板及螺釘分別壓在兩個(gè)半聯(lián)軸器 上。這種聯(lián)軸器富有彈性，具有良好的消振能力，能有效地降 低動(dòng)載荷和補(bǔ)償較大的軸向位移，而且絕緣性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú) 噪音；缺點(diǎn)是徑向尺寸較大，當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，會(huì)因過(guò)大轉(zhuǎn)矩變 形而產(chǎn)生附加軸向載荷。為便于裝配，有時(shí)將輪胎開(kāi)出徑向

19、切 口，但這時(shí)承載能力要顯著降低。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-14 輪胎式聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 5) 膜片聯(lián)軸器 膜片聯(lián)軸器的典型結(jié)構(gòu)如圖15-15所示。其彈性元件為一 定數(shù)量的多邊形環(huán)(或圓形環(huán))金屬薄片疊合而成的膜片組，在 膜片的圓周上有若干個(gè)螺栓孔，用鉸制孔螺栓交錯(cuò)間隔與半聯(lián) 軸器相聯(lián)接。這樣將彈性元件上的弧段分為受壓縮和受拉伸的 兩部分，拉伸部分傳遞轉(zhuǎn)矩，壓縮部分趨向皺折。當(dāng)機(jī)組存在 軸向、徑向和角位移時(shí)，金屬膜片便產(chǎn)生波狀變形。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-15 膜片聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，

20、整體性能較好，各元件 間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，無(wú)噪音；但彈性較弱，緩沖減振性能差。它主 要用于載荷平穩(wěn)的高速傳動(dòng)。 金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器除上述的膜片聯(lián)軸器外，還有 多種形式，如定剛度的圓柱彈簧聯(lián)軸器(圖15-16)、變剛度的蛇 形彈簧聯(lián)軸器(圖15-17)及徑向彈簧片聯(lián)軸器(圖15-18) 等。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-16 圓柱彈簧聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-17 蛇形彈簧聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-18 徑向彈簧聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 4. 安全聯(lián)軸器安全聯(lián)軸器 安全聯(lián)軸器的作用是當(dāng)工作轉(zhuǎn)矩超過(guò)機(jī)器允許的極限轉(zhuǎn)矩 時(shí)，

21、聯(lián)軸器中的聯(lián)接件將發(fā)生折斷、脫開(kāi)或打滑，從而保護(hù)機(jī) 器中的重要零件。剪切銷安全聯(lián)軸器(圖15-19)就是其中的一種。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-19 剪切銷安全聯(lián)軸器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.2.2 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇 機(jī)械中常用的聯(lián)軸器多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)計(jì)者在選用時(shí)， 首先要選擇聯(lián)軸器的類型。 1. 聯(lián)軸器類型的選擇聯(lián)軸器類型的選擇 選擇聯(lián)軸器類型時(shí)，以下幾個(gè)因素供選擇時(shí)參考。 (1) 聯(lián)軸器傳遞載荷的大小和性質(zhì)及對(duì)緩沖減振功能的要 求。一般載荷平穩(wěn)，傳遞轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，同軸度好，無(wú)相 對(duì)位移的選用剛性聯(lián)軸器；載荷變化較大，要求緩沖減振或者 同軸度不易保

22、證的，應(yīng)選用彈性聯(lián)軸器。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 (2) 聯(lián)軸器工作轉(zhuǎn)速的高低及引起的離心力大小。高速運(yùn) 轉(zhuǎn)的軸宜選用動(dòng)平衡精度較高的聯(lián)軸器，如膜片聯(lián)軸器；動(dòng)載 荷大的機(jī)器， 應(yīng)選用重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的聯(lián)軸器；正、反 轉(zhuǎn)變化多，啟動(dòng)頻繁，有較大沖擊載荷及安裝時(shí)不易對(duì)中的場(chǎng) 合，應(yīng)考慮選用剛性可移式聯(lián)軸器。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 (3) 聯(lián)軸器聯(lián)接兩軸相對(duì)位移的大小。安裝調(diào)整后難以保 證兩軸精確對(duì)中或者工作過(guò)程中有較大位移量的兩軸聯(lián)接，要 選用帶彈性元件的彈性聯(lián)軸器。 例如：一般中小功率的壓縮機(jī)選用有彈性元件的彈性聯(lián)軸 器較多；而轉(zhuǎn)速高的高速透平壓縮機(jī)采用齒式聯(lián)軸器；中小型 泵

23、通常選用有非金屬?gòu)椥栽膹椥月?lián)軸器；大功率的軸流泵、 水輪泵，對(duì)中好的可采用凸緣聯(lián)軸器聯(lián)接傳動(dòng)；對(duì)于工作中兩 軸有較大偏斜角或較大角位移的地方，如汽車(chē)、拖拉機(jī)和金屬 切削機(jī)床應(yīng)選用十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器。 總之，應(yīng)以聯(lián)軸器傳遞載荷的大小、轉(zhuǎn)速的高低、補(bǔ)償位 移的能力、拆裝調(diào)整是否簡(jiǎn)便、成本高低及對(duì)工作環(huán)境的要求 等因素，作為選擇聯(lián)軸器類型時(shí)的依據(jù)。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 2. 選用聯(lián)軸器的方法和步驟選用聯(lián)軸器的方法和步驟 1) 選擇聯(lián)軸器的類型和型號(hào) 根據(jù)工作要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇合適的類型，并 按軸的直徑、計(jì)算轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，選定具體尺寸，確定聯(lián)軸器的 型號(hào)。保證聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T

24、cT(15-2) 式中， T該型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。 2) 校核最大轉(zhuǎn)速 設(shè)計(jì)時(shí)，已知被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速n。為確保聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸 能正常工作，軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)低于聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速nmax，即 nnmax (15-3) 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 3) 調(diào)整軸孔直徑尺寸和形狀 由機(jī)械零件手冊(cè)中得知，聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)中有的給出一組直徑 尺寸系列，有的給出軸直徑的最大和最小值。多數(shù)聯(lián)軸器每種 型號(hào)適用的軸直徑均有一個(gè)范圍值，而且被聯(lián)接的兩軸端形狀 有圓柱形、圓錐形等形式，兩軸直徑也不一定相同，所以聯(lián)軸 器型號(hào)選定后，有時(shí)還需要修改，協(xié)調(diào)軸孔直徑尺寸和形狀。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 4) 進(jìn)行必要的

25、校核 根據(jù)使用條件，如有必要時(shí)，還要對(duì)聯(lián)軸器的主要傳動(dòng)零 件進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)于有非金屬?gòu)椥栽膹椥月?lián)軸器，使用 中注意聯(lián)軸器所在部位的工作溫度不應(yīng)超過(guò)彈性元件材料允許 的最高溫度。 例例15-1 選擇圖15-20所示蝸桿減速器輸出軸與球磨機(jī)伸出 軸之間的聯(lián)軸器。球磨機(jī)所需轉(zhuǎn)矩T=120 Nm，轉(zhuǎn)速n=250 r/min，減速器輸出軸直徑d40 mm，球磨機(jī)伸出軸直徑d=42 mm。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-20 例 15-1 圖 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 解解 因球磨機(jī)的載荷變化大，故選用緩沖性能較好，同時(shí)具 有可移性的彈性套柱銷聯(lián)軸器。 1. 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tc

26、=KT 選擇工作情況系數(shù)K，查表15-1，取K1.9。則計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tc=KT=1.9120 Nm=228 Nm 2. 選擇聯(lián)軸器的型號(hào) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),根據(jù)軸徑和計(jì)算轉(zhuǎn)矩選用彈性套柱銷聯(lián)軸器： 其許用最大扭矩T=250 Nm，許用最高轉(zhuǎn)速n=3800r/min, 選擇合理。 19844323 GB/T 82Y42 82Y40 TL6 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.3 離合器離合器 離合器也是一種常用的軸系部件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器工作時(shí)能 隨時(shí)使兩軸接合或分離的裝置。 離合器種類較多，可以從不同的角度進(jìn)行分類。根據(jù)實(shí)現(xiàn) 離合動(dòng)作的方式不同，離合器分為操縱離合器和自動(dòng)離合器兩 大類。操縱離合器的

27、操縱方式有機(jī)械、電磁、氣動(dòng)和液動(dòng)等， 因此又有所謂機(jī)械操縱離合器、電磁操縱離合器、氣壓操縱離 合器和液壓操縱離合器等。自動(dòng)離合器不需要專門(mén)的操縱裝置， 它依靠一定的工作原理來(lái)自動(dòng)離合。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 根據(jù)工作原理不同，離合器又有離心離合器、超越離合 器等。采用自動(dòng)離合器可使機(jī)器操作過(guò)程簡(jiǎn)化，有利減輕操 作者體力勞動(dòng)，并可以提高機(jī)器的工作效率和安全程度。 無(wú)論是操縱離合器還是自動(dòng)離合器，在結(jié)構(gòu)上都離不開(kāi) 接合元件。按照接合元件的工作原理不同，離合器的類型不 外乎有嵌合式和摩擦式兩種基本類型。嵌合式離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，傳遞轉(zhuǎn)矩大，主、從動(dòng)軸可同步轉(zhuǎn)動(dòng)，尺寸緊湊；但接 合時(shí)有剛性沖擊

28、，只能在靜止或兩軸轉(zhuǎn)速差不大時(shí)(如小于 100150r/min)接合。摩擦式離合器離合較平穩(wěn)，過(guò)載時(shí)可自 行打滑；但主、從動(dòng)軸不能?chē)?yán)格同步，接合時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦熱， 摩擦元件易磨損。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.3.1 牙嵌式離合器牙嵌式離合器 圖15-21為牙嵌式離合器的典型結(jié)構(gòu)圖。牙嵌式離合器是 嵌合式離合器的一種。它由端面帶牙的兩半離合器組成，一半 用平鍵與主動(dòng)軸聯(lián)接，另一半用導(dǎo)向平鍵或花鍵與從動(dòng)軸相聯(lián) 接。對(duì)中環(huán)固定在主動(dòng)軸端的半離合器上。從動(dòng)軸可在對(duì)中環(huán) 內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，由滑環(huán)操縱離合器的分離和接合。牙嵌式離合器 是靠牙的互相嵌合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器

29、 圖 15-21 牙嵌式離合器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 牙嵌式離合器的牙形有三角形(見(jiàn)圖15-22(a)、(b)、矩形 (見(jiàn)圖15-22(e)、梯形(見(jiàn)圖15-22(c)、鋸齒形(見(jiàn)圖15-22(d)等。 其中以梯形應(yīng)用較廣，因?yàn)樗哂袕?qiáng)度高、傳遞轉(zhuǎn)矩大、能自 動(dòng)補(bǔ)償牙的磨損與間隙等特點(diǎn)，從而可以避免或減少載荷和速 度變化時(shí)因間隙而產(chǎn)生的沖擊。圖15-22(f)所示的牙形主要用 于安全離合器，圖15-22(g)所示為牙形的縱剖面。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-22 牙嵌式離合器的牙形 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 牙嵌式離合器的主要尺寸可以從有關(guān)手冊(cè)中選取，它傳遞 轉(zhuǎn)矩

30、的能力主要取決于牙的耐磨性和強(qiáng)度，必要時(shí)應(yīng)按下式驗(yàn) 算牙面上的壓強(qiáng)p及牙根彎曲應(yīng)力b: (15-4) (15-5) 2 0 p AzD KT p b WzD KTh 0 b 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 式中：A每個(gè)牙的接觸面積，單位為mm2； D0牙所在圓環(huán)的平均直徑，單位為mm； h牙的高度，單位為mm； z牙的數(shù)目； W牙根部的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3，W=a2b/6(a、 b尺寸見(jiàn)圖15-21)。 牙嵌式離合器的許用壓強(qiáng)和許用應(yīng)力見(jiàn)表15-3。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.3.2 摩擦式離合器摩擦式離合器 摩擦式離合器有許多形式，這里僅介紹圓盤(pán)摩擦式離合器。 1. 單圓盤(pán)

31、摩擦式離合器單圓盤(pán)摩擦式離合器 圖15-23所示為單圓盤(pán)摩擦式離合器簡(jiǎn)圖。在主動(dòng)軸和從 動(dòng)軸之間裝有摩擦盤(pán)，操縱環(huán)使從動(dòng)摩擦盤(pán)沿從動(dòng)軸移動(dòng)，接 合時(shí)以力FQ將兩盤(pán)壓緊并產(chǎn)生摩擦力矩，這樣主動(dòng)軸上的轉(zhuǎn) 矩就傳到了從動(dòng)軸上。其傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為 Tmax=FQfRKT(15-6) 式中： R合力作用的平均半徑； f摩擦系數(shù)，其值見(jiàn)表15-4。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-23 單圓盤(pán)摩擦式離合器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 2. 多圓盤(pán)摩擦式離合器多圓盤(pán)摩擦式離合器 圖15-24所示為多圓盤(pán)摩擦式離合器。其中， 主動(dòng)軸與鼓 輪相聯(lián)接；從動(dòng)軸與套筒相聯(lián)

32、接；內(nèi)摩擦盤(pán)組與套筒、外摩擦 盤(pán)組與鼓輪，分別采用類似花鍵的聯(lián)接；滑環(huán)受操縱機(jī)構(gòu)控制。 滑環(huán)左移時(shí)壓下曲臂壓桿，并通過(guò)壓板使內(nèi)、外摩擦盤(pán)組相互 壓緊，此時(shí)離合器處于接合狀態(tài)；滑環(huán)右移時(shí)曲臂壓桿被彈簧 抬起，由于內(nèi)盤(pán)為碟形而產(chǎn)生的彈力，使內(nèi)、外摩擦盤(pán)組分離， 此時(shí)離合器處于分離狀態(tài)。螺母可調(diào)節(jié)摩擦盤(pán)之間的壓力。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-24 多圓盤(pán)摩擦式離合器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 它能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩Tmax和作用于摩擦接合面上的壓強(qiáng)p為 (15-7) (15-8) 式中： D1、D2摩擦盤(pán)接合面的內(nèi)、外徑； z接合面的對(duì)數(shù)； f摩擦系數(shù)，其見(jiàn)表15-4； p許用壓強(qiáng)

33、， p=kakbkcp0。p0值見(jiàn)表 15-4，修正系數(shù)ka、kb、kc值見(jiàn)表15-5。 KT DD zfFT Q 4 12 max )( 4 2 1 2 2 p DD F p Q 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 3. 電磁操縱摩擦式離合器電磁操縱摩擦式離合器 電磁操縱摩擦式離合器見(jiàn)圖15-25。圖中所示為摩擦盤(pán)壓 緊狀態(tài)(即通電時(shí))。其工作原理與多圓盤(pán)摩擦式離合器相似， 當(dāng)直流電經(jīng)接觸環(huán)導(dǎo)入電磁線圈后，產(chǎn)生磁通量使線圈吸引 銜鐵，于是銜鐵將兩組摩擦片壓緊，離合器處于接合狀態(tài)。當(dāng) 電流切斷時(shí)，依靠復(fù)位彈簧將銜鐵推開(kāi)，使兩組摩擦片松開(kāi)， 離合器處于分離狀態(tài)。電磁離合器可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，因其動(dòng) 作迅速，且沒(méi)有不平衡的軸向力，因而在數(shù)控機(jī)床等機(jī)械中得 到廣泛應(yīng)用。 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 圖 15-25 電磁操縱摩擦式離合器 第15章聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 15.4 制動(dòng)器制動(dòng)器 15.4.1 制動(dòng)器的組成及其分類制動(dòng)器的組成及其分類 制動(dòng)器是利用摩擦力來(lái)減小物體運(yùn)動(dòng)的速度或使其停止運(yùn) 動(dòng)的裝置。若把離合器的從動(dòng)部分固定起來(lái)，當(dāng)離合器接合時(shí)， 摩擦力就能阻止主動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)離合器就成了一個(gè)制動(dòng) 器。制動(dòng)器種類很多，多數(shù)常用類型已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。按 照制動(dòng)方式，制動(dòng)器分為接觸式和