《機(jī)械設(shè)計(jì)》 第十四章聯(lián)軸器和離合器

1、 第十四章 聯(lián)軸器和離合器 聯(lián)軸器和離合器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件。它們主要用來(lái)聯(lián)接軸與軸(或聯(lián)接軸與其它回轉(zhuǎn)零件)，以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩；有時(shí)也可用作安全裝置。 根據(jù)工作特性，它們可分為以下四類： 1)聯(lián)軸器 把兩軸聯(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)器停車并將聯(lián)接拆開(kāi)后，兩軸才能分離。 2)離合器 在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，可使兩軸隨時(shí)接合或分離的一種裝置。它可用來(lái)操縱機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)的斷續(xù)，以便進(jìn)行變速及換向等。 3)安全聯(lián)軸器及安全離合器 機(jī)器工作時(shí)，如果轉(zhuǎn)矩超過(guò)規(guī)定值，這種聯(lián)軸器及離合器即可自行斷開(kāi)或打滑，以保證機(jī)器中的主要零件不致因過(guò)載而損壞。 4)特殊功用的聯(lián)軸器及離合器 用于某些有特殊要

2、求處，例如在一定的回轉(zhuǎn)方向或達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，聯(lián)軸器或離合器即可自動(dòng)接合或分離等。 第十四章 聯(lián)軸器和離合器（續(xù)） 141 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(duì)中，而是存在著某種程度的相對(duì)位移，如圖141所示。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(duì)位移的性能。141 聯(lián)軸器的種類和特性(續(xù)）根據(jù)對(duì)各種相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力(即能否在發(fā)生相對(duì)位移條件下保持聯(lián)接的功能)，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器(無(wú)補(bǔ)償能力)和撓性聯(lián)軸器(有補(bǔ)償能力)兩大類。撓性聯(lián)軸器又可按是否具有彈性元件分為無(wú)彈性元

3、件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個(gè)類別。 (一)剛性聯(lián)軸器 這類聯(lián)軸器有套筒式(參看圖630)、夾殼式和凸緣式等。這里只介紹較為常用的凸緣聯(lián)軸器。141 聯(lián)軸器的種類和特性(續(xù)）鉸制孔用螺栓普通螺栓(一)剛性聯(lián)軸器（續(xù)）(一)剛性聯(lián)軸器（續(xù)）(一)剛性聯(lián)軸器（續(xù)） 凸緣聯(lián)軸器的材料可用灰鑄鐵或碳鋼，重載時(shí)或圓周速度大于30m/s時(shí)應(yīng)用鑄鋼或鍛鋼。 由于凸緣聯(lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器，對(duì)所聯(lián)兩軸間的相對(duì)位移缺乏補(bǔ)償能力，故對(duì)兩軸對(duì)中性的要求很高。當(dāng)兩軸有相對(duì)位移存在時(shí)，就會(huì)在機(jī)件內(nèi)引起附加載荷，使工作情況惡化，這是它的主要缺點(diǎn)。但由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，故當(dāng)轉(zhuǎn)速低、無(wú)沖擊、軸的剛

4、性大、對(duì)中性較好時(shí)亦常采用。 (二)撓性聯(lián)軸器 1無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器 這類聯(lián)軸器因具有撓性，故可補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。但因無(wú)彈性元件，故不能緩沖減振。常用的有以下幾種： 1)十字滑塊聯(lián)軸器141 聯(lián)軸器的種類和特性(續(xù)）(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 這種聯(lián)軸器零件的材料可用45鋼，工作表面須進(jìn)行熱處理，以提高其硬度；要求較低時(shí)也可用Q275鋼，不進(jìn)行熱處理。為了減少摩擦及磨損，使用時(shí)應(yīng)從中間盤的油孔中注油進(jìn)行潤(rùn)滑。 因?yàn)榘肼?lián)軸器與中間盤組成移動(dòng)副，不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的角速度應(yīng)相等。但在兩軸間有相對(duì)位移的情況下工作時(shí)，中間盤就會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，從而增大動(dòng)載荷及磨損。因此選用時(shí)應(yīng)注意

5、其工作轉(zhuǎn)速不得大于規(guī)定值。 這種聯(lián)軸器一般用于轉(zhuǎn)速n250rmin，軸的剛度較大，且無(wú)劇烈沖擊處。效率=1-(3-5)fy/d，這里f為摩擦系數(shù)，一般取為0.120.25；y為兩軸間徑向位移量，單位為mm；d為軸徑，單位為mm。 2)滑塊聯(lián)軸器與十字滑塊聯(lián)軸器相似，只是兩邊半聯(lián)軸器上的溝槽很寬，并把原來(lái)的中間盤改為兩面不帶凸牙的方形滑塊，且通常用夾布膠木制成。由于中間滑塊的質(zhì)量減小，又具有彈性，故具有較高的極限轉(zhuǎn)速。中間滑塊也可用尼龍6制成，并在配制時(shí)加入少量的石墨或二硫化鉬，以便在使用時(shí)可以自行潤(rùn)滑。 這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，適用于小功率、高轉(zhuǎn)速而無(wú)劇烈沖擊處。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)）

6、3)十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器 它由兩個(gè)叉形接頭1、3，一個(gè)中間聯(lián)接件2和軸銷4(包括銷套及鉚釘)、5所組成；軸銷4與5互相垂直配置并分別把兩個(gè)叉形接頭與中間聯(lián)接件2聯(lián)接起來(lái)。這樣，就構(gòu)成了一個(gè)可動(dòng)的聯(lián)接。這種聯(lián)軸器可以允許兩軸間有較大的夾角(夾角最大可達(dá)3545)，而且在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，夾角發(fā)生改變?nèi)钥烧鲃?dòng)；但當(dāng)過(guò)大時(shí)，傳動(dòng)效率會(huì)顯著降低。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)）這種聯(lián)軸器的缺點(diǎn)是：當(dāng)主動(dòng)軸角速度1為常數(shù)時(shí)，從動(dòng)軸的角速度3并不是常數(shù)，而是在一定范圍內(nèi)(1cos31cos)變化，因而在傳動(dòng)中將產(chǎn)生附加動(dòng)載荷。為了改善這種情況，常將十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器成對(duì)使用(圖145b)，但應(yīng)注意安裝時(shí)必須保證O1軸、

7、O3軸與中間軸之間的夾角相等，并且中間軸的兩端的叉形接頭應(yīng)在同一平面內(nèi)(圖146)。只有這種雙萬(wàn)向聯(lián)軸器才可以得到3=1。 這類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，廣泛應(yīng)用于汽車、多頭鉆床等機(jī)器的傳動(dòng)系統(tǒng)中。小型十字軸式萬(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。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 4)齒式聯(lián)軸器 這種聯(lián)軸器由兩個(gè)帶有內(nèi)齒及凸緣的外套筒3和兩個(gè)帶有外齒的內(nèi)套筒1所組成。兩個(gè)內(nèi)套筒1分別用鍵與兩軸聯(lián)接兩個(gè)外套筒3用螺栓5聯(lián)成一體，依靠?jī)?nèi)外齒相嚙合以傳遞轉(zhuǎn)矩。由于外齒的齒頂制成橢球面且保證與內(nèi)齒嚙合后具有適當(dāng)?shù)捻斚逗蛡?cè)隙，故在傳動(dòng)時(shí)，套筒1可有軸向和徑向位移以及角位移(圖147b)。又為了減少磨損，可由油孔

8、4注入潤(rùn)滑油，并在套筒1和3之間裝有密封圈6，以防止?jié)櫥托孤?齒式聯(lián)軸器中，所用齒輪的齒廓曲線為漸開(kāi)線，嚙合角為20，齒數(shù)一般為3080，材料一般用45鋼或ZG310570。這類聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，并允許有較大的偏移量，安裝精度要求不高；但質(zhì)量較大，成本較高，在重型機(jī)械中廣泛應(yīng)用。 (二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 5)滾子鏈聯(lián)軸器圖148所示為滾子鏈聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器是利用一條公用的雙排鏈條2同時(shí)與兩個(gè)齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器1與4的聯(lián)接。為了改善潤(rùn)滑條件并防止污染，一般都將聯(lián)軸器密封在罩殼3內(nèi)。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 滾子鏈聯(lián)軸器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，質(zhì)量小，裝拆方便，維

9、修容易、價(jià)廉并具有一定的補(bǔ)償性能和緩沖性能，但因鏈條的套筒與其相配件間存在間隙，不宜用于逆向傳動(dòng)、起動(dòng)頻繁或立軸傳動(dòng)。同時(shí)由于受離心力影響也不宜用于高速傳動(dòng)。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 2有彈性元件的撓性聯(lián)軸器 這類聯(lián)軸器因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲(chǔ)蓄的能量愈多，則聯(lián)軸器的緩沖能力愈強(qiáng)；彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時(shí)零件間的摩擦功愈大，則聯(lián)軸器的減振能力愈好。這類聯(lián)軸器目前應(yīng)用很廣，品種亦愈來(lái)愈多。 制造彈性元件的材料有非金屬和金屬兩種：非金屬有橡膠、塑料等，其特點(diǎn)為質(zhì)量小，價(jià)格便宜，有良好的彈性滯后性能，因而減振能力強(qiáng)。金屬材料制成的彈

10、性元件(主要為各種彈簧)則雖度高、尺寸小而壽命較長(zhǎng)。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 聯(lián)軸器在受到工作轉(zhuǎn)矩T以后，被聯(lián)接兩軸將因彈性元件的變形而產(chǎn)生相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角。與T成正比關(guān)系的彈性元件為定剛度，不成正比的為變剛度。非金屬材料的彈性元件都是變剛度的，金屬材料的則由其結(jié)構(gòu)不同可有變剛度的與定剛度的兩種。常用非金屬材料的剛度多隨載荷的增大而增大，故緩沖性好，特別適用于工作載荷有較大變化的機(jī)器。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 1)彈性套柱銷聯(lián)軸器 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)或起動(dòng)頻繁的傳遞中小轉(zhuǎn)矩的軸。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 2)彈性柱銷聯(lián)軸器 這

11、種聯(lián)軸器與彈性套柱銷聯(lián)軸器很相似，但傳遞轉(zhuǎn)矩的能力很大，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，安裝、制造方便，耐久性好，也有一定的緩沖和吸振能力，允許被聯(lián)接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移，適用于軸向竄動(dòng)較大、正反轉(zhuǎn)變化較多和起動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，由于尼龍柱銷對(duì)溫度較敏感，故使用溫度限制在-20+70的范圍內(nèi)。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 3)梅花形彈性聯(lián)軸器 這種聯(lián)軸器如圖1411所示，其半聯(lián)軸器與軸的配合孔可作成圓柱形或圓錐形。裝配聯(lián)軸器時(shí)將梅花形彈性件的花瓣部分夾緊在兩半聯(lián)軸器端面凸齒交錯(cuò)插進(jìn)所形成的齒側(cè)空間，以便在聯(lián)軸器工作時(shí)起到緩沖減振的作用。彈性件可根據(jù)使用要求選用不同硬度的聚氨酯橡膠、鑄型尼龍等材料制

12、造。工作溫度范圍為-35+80，短時(shí)工作溫度可達(dá)100，傳遞的公稱轉(zhuǎn)矩范圍為1625000Nm。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 4)輪胎式聯(lián)軸器 輪胎式聯(lián)軸器如圖1412所示，用橡膠或橡膠織物制成輪胎狀的彈性元件1，兩端用壓板2及螺釘3分別壓在兩個(gè)半聯(lián)軸器4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)噪聲。缺點(diǎn)是徑向尺寸較大；當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，會(huì)因過(guò)大扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生附加軸向載荷。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 5)膜片聯(lián)軸器 膜片聯(lián)軸器的典型結(jié)構(gòu)如圖1413所示。其彈性元件為一定數(shù)量的很薄的多邊環(huán)形(或圓環(huán)形)金屬膜片疊合而成的膜片組，膜片上有沿圓周

13、均布的若干個(gè)螺栓孔，用鉸制孔用螺栓交錯(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交錯(cuò)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)所聯(lián)接的兩軸存在軸向、徑向和角位移時(shí)，金屬膜片便產(chǎn)生波狀變形。 (二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，彈性元件的聯(lián)接沒(méi)有間隙，不需潤(rùn)滑，維護(hù)方便，平衡容易，質(zhì)量小，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，發(fā)展前途廣闊，但扭轉(zhuǎn)彈性較低，緩沖減振性能差，主要用于載荷比較平穩(wěn)的高速傳動(dòng)。 (二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)）其他有金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器有金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器除上述膜片聯(lián)軸器外，還有多種型式，如定剛度的圓柱彈簧聯(lián)軸器(圖1414)、變剛度的蛇形彈簧聯(lián)軸器(圖

14、1415)及徑向彈簧片聯(lián)軸器(圖1416)等，可參看有關(guān)資料。(二)撓性聯(lián)軸器（續(xù)） 142 聯(lián)軸器的選擇 (一)選擇聯(lián)軸器的類型 根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型：具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)： 1)所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求。例如，對(duì)大功率的重載傳動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器；對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 (一)選擇聯(lián)軸器的類型（續(xù)） 2)聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏

15、心的滑塊聯(lián)軸器等。 3)兩軸相對(duì)位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中，或工作過(guò)程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬(wàn)向聯(lián)軸器等。(一)選擇聯(lián)軸器的類型（續(xù)） 4)聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器比較可靠；需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤(rùn)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(duì)溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感，而且容易老化。 5)聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足使用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸

16、器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器(例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等)，由于具有良好的綜合性能，廣泛適用于一般的中小功率傳動(dòng)。 (二)計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 由于機(jī)器起動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過(guò)載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca。計(jì)算轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算： Tca=KAT (143)式中T為公稱轉(zhuǎn)矩，單位為N.m；KA為工作情況系數(shù)，見(jiàn)表141。142 聯(lián)軸器的選擇（續(xù)） (三)確定聯(lián)軸器的型號(hào) 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca及所選的聯(lián)軸器類型，按照 TcaT (144)的條件由聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)中選定該聯(lián)軸器型號(hào)。上式中的T

17、為該型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。142 聯(lián)軸器的選擇（續(xù)）(四)校核最大轉(zhuǎn)速被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速n不應(yīng)超過(guò)所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速nmax，即 nnmax142 聯(lián)軸器的選擇（續(xù)） (五)協(xié)調(diào)軸孔直徑 多數(shù)情況下，每一型號(hào)聯(lián)軸器適用的軸的直徑均有一個(gè)范圍。標(biāo)準(zhǔn)中或者給出軸直徑的最大和最小值，或者給出適用直徑的尺寸系列，被聯(lián)接兩軸的直徑應(yīng)當(dāng)在此范圍之內(nèi)。一般情況下被聯(lián)接兩軸的直徑是不同的，兩個(gè)軸端的形狀也可能是不同的，如主動(dòng)軸軸端為圓柱形，所聯(lián)接的從動(dòng)軸軸端為圓錐形。 142 聯(lián)軸器的選擇（續(xù)） (六)規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度 根據(jù)所選聯(lián)軸器允許軸的相對(duì)位移偏差，規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度。通常標(biāo)準(zhǔn)中只給出單項(xiàng)位移偏差的允許值。如果有多項(xiàng)位移偏差存在，則必須根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸大小計(jì)算出相互影響的關(guān)系，以此作為規(guī)定部件安裝精度的依據(jù)。142 聯(lián)軸器的選擇（續(xù)） (七)進(jìn)行必要的校核 如有必要，應(yīng)對(duì)聯(lián)軸器的主要傳動(dòng)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。使用有非金屬?gòu)椥栽穆?lián)軸器時(shí)，還應(yīng)注意聯(lián)軸器所在部位的工作溫度不要超過(guò)該彈性元件材料允許的最高溫度。142 聯(lián)軸器的選擇（續(xù)） 例題 某車間起重機(jī)根據(jù)工作要求選用一電動(dòng)機(jī)，其功率P=10k