機械設(shè)計 聯(lián)軸器離合器

1、機械設(shè)計 聯(lián)軸器離合器第1頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四作用：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，機器運轉(zhuǎn)時兩 軸不能分離，只有在機器停車時才可將兩軸分離； 離合器-在機器運轉(zhuǎn)過程中，可使兩軸隨時接合 或分離的一種裝置。 它可用來操縱機器傳動的斷 續(xù)，以便進行變速或換向； 安全聯(lián)軸器與離合器-機器工作時，若轉(zhuǎn)矩超過 規(guī)定值，即可自行斷開或打滑， 以保證機器中的 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：在一定的回轉(zhuǎn)方向或達到一定轉(zhuǎn)速 時， 聯(lián)軸器或離合器即可自

2、動接合或分離等；14-0 聯(lián)軸器和離合器概述第2頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四聯(lián)軸器和離合器種類繁多，在選用標準件或自行設(shè)計時應(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 。 第3頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四一、聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對位移兩軸線的相對位移: 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。y xy軸向x徑向角度綜合制造誤差安裝誤差受力變形被聯(lián)接的兩軸不能精確對中14-1 聯(lián)

3、軸器的種類和特性第4頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四二、 聯(lián)軸器與離合器的分類 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)軸器彈性套柱銷聯(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)軸器下面將對各種聯(lián)軸器作詳細介紹第5頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四（一）剛性聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)：用一個套筒通過鍵將兩軸聯(lián)接在一起。用緊定 螺釘來實現(xiàn)軸向固定。套筒聯(lián)軸器型式：半圓鍵普通平鍵特點：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、 傳遞扭矩較大，但不 能緩沖減振 。

4、應(yīng)用：用于載荷較平穩(wěn)的 兩軸聯(lián)接 。1、套筒聯(lián)軸器 第6頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四2、凸緣剛性聯(lián)軸器 結(jié)構(gòu)：半聯(lián)軸器通過鍵與軸相聯(lián)，用螺栓將兩個半聯(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。普通螺栓 對中榫 絞制孔螺栓 第7頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四制造與安裝要求：半聯(lián)軸器的凸緣端面應(yīng)與軸線垂直， 安裝時應(yīng)使兩軸精確對中。90材料：一般用鑄鐵、當重載或 V30 m/s時，用鑄 鋼或鍛鋼 。特點：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

5、較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接 。第8頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四應(yīng)用：用于低速傳動軸，常用于垂直傳動軸的聯(lián)接。3、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)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。有一個剖分式對中環(huán)。特點：無需沿軸向移動即可方便裝拆，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)時會產(chǎn)生離心力 。第9頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四1、齒式聯(lián)軸器功用：能補償軸不對中和偏斜。工作范圍：正常齒：30 腰鼓齒：3 (二) 無彈性元件聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)：兩個有內(nèi)齒的外殼，兩個有外齒的套筒，兩者

6、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)儲存潤滑油。第10頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四優(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。第11頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四2、十字滑塊聯(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：30, y0.04

7、d，v300 r/min y第12頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四3、滑塊聯(lián)軸器優(yōu)點：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。工作特點：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。第13頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四4、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。單萬向聯(lián)軸器第14頁，共54頁，2022年，5月

8、20日，21點34分，星期四vA1 = r1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：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 = r2A2A1Brr= r cos 2顯然有 ： vA1 = vA2 =045軸間角為 ：第15頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四 r”其它位置：代入得：1BBA2在圖示位置II, 以軸2為參考系，對B點有 ： vB2 = r”2以軸1為參考系，對B點有 ：vB1 = r”1= 1

9、 r cos同樣有 ： vB1 = vB2 r代入得：2=1 cos2 1=”2 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；第27頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四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

10、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。 第28頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四表14-1 工作情況系數(shù)KA原動機 (KA) 發(fā)電機、小型通風機、小型離心機 1.3 1.5 1.8 2.2 透平壓縮機、木工機械、輸送機 1.5 1.7 2.0 2.4攪拌機、增壓機、有飛輪的壓縮機 1.7 1.9 2.2 2.6織布機、水泥攪拌機、拖拉機 1.9 2.1 2.4 2.8挖掘機、起重機、碎石機、造紙機械 2.3 2.5 2.8 3.2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

11、機、重型初軋機、無飛輪活塞泵 3.1 3.3 3.6 4.0二、 計算聯(lián)軸器的扭矩 計算轉(zhuǎn)矩：Tca=KATKA為工作情況系數(shù)；見下頁T為公稱扭矩；第29頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四三、 確定聯(lián)軸器的型號 選型依據(jù)： Tca T ， 由相關(guān)標準確定型號； 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)

12、部件的安裝精度。第30頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四進行必要的校核聯(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 ： 第31頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四作用：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；14-3 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

13、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第32頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四二、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，動作 準確可靠； 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，散熱條件好； 操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便。第33頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四1) 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。 三、常用離合

14、器簡介 第34頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四牙型3040282860三角形梯 形鋸齒形-傳遞中小轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為1660-傳遞較大轉(zhuǎn)矩、牙數(shù)為315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。第35頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四特點：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：5662 HRC;中碳合金鋼：40Cr 、 45MnB。表面淬火后牙面硬度：4858 HRC;承載能力：取決于

15、齒根的彎曲強度:hKATzWD0b= b 2KATzD0ah p = 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)；第36頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四232)單片式圓盤摩擦離合器摩擦扭矩: Tmax=Fa f Rf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。 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；Fa213Fa1Rf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；第37頁

16、，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四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3) 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；三維動畫第38頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四摩擦片材料：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 Fa f Rfz Fa f (D1 +D2)=4 KA T4 Fap =(D1 +D2)表面壓強:p D1D2第39頁，共54頁，2022年，5月20日，21點3

17、4分，星期四有潤滑劑 無潤滑劑 p/ MPa表14-2 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 0.050.06 0.15 0.2 0.250.30淬火鋼淬火鋼 0.050.06 0.18 0.60.8青銅鋼或鑄鐵 0.08 0.17 0.18 0.40.5壓制石棉鋼或鑄鐵 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 在繁重的條件下運轉(zhuǎn)。第40頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四810 4) 圓錐式摩擦離合器結(jié)構(gòu)

18、：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。第41頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四離合器的操縱方式機械力電磁力氣動力液壓力5) 電磁摩擦離合器結(jié)構(gòu)：其結(jié)構(gòu)特點與機械式多片摩擦離合器一樣。優(yōu)點：由于采用了電磁力進行控制，因此控制靈活， 容易實現(xiàn)自動化。第42頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四四、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)兩軸的接合或分離；

19、接合過程平穩(wěn)，沖擊振動較小；可有過載保護作用。但尺寸較大，在接合或分離過程中要產(chǎn)生滑動摩擦，故發(fā)熱量大，磨損也較大。電磁摩擦離合器可實現(xiàn)遠距離操縱，動作迅速，沒有不平衡的軸向力，因而在數(shù)控機床等機械中獲得了廣泛的應(yīng)用。第43頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四14-4 安全聯(lián)軸器及安全離合器 作用：當工作轉(zhuǎn)矩超過機器允許的極限轉(zhuǎn)矩時，聯(lián)接件將發(fā)生折斷、脫開或打滑，從而使從動軸自動停止轉(zhuǎn)動，以保護機器中的重要零件不致?lián)p壞。一、剪切銷安全聯(lián)軸器 安全聯(lián)軸器-斷開聯(lián)接后不能自動恢復(fù)工作能力，用于很少過載處；雙剪式單剪式安全離合器斷開聯(lián)接后能夠自動恢復(fù)工作能力，用于經(jīng)常過載處；分

20、單剪和雙剪兩種類型。 結(jié)構(gòu)：類似于凸緣聯(lián)軸器，但不用螺釘，而用鋼制銷釘聯(lián)接。銷釘裝入經(jīng)過淬火的兩個套管中，過載時被剪斷。 第44頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四銷釘直徑可按如下公式計算：Dm其中： T-公稱扭矩；Dm-銷釘分布圓直徑； z-銷釘數(shù)目； -許用剪切應(yīng)力； K-為過載限制系數(shù)； 表14-4 過載限制系數(shù)K載 荷發(fā)電機、小型通風機、離心機械等 1.1倍靜載荷 接近靜載荷 1.1輕型傳動裝置、車床、銑床、輸送機 1.5倍靜載荷 有微小變化 1.6刨床、插床、有飛輪的壓縮機等 2 倍靜載荷 有較大變化 2.1工程機械、破碎機、螺旋壓力機 3 倍靜載荷 沖擊載荷

21、3.2啟動 工作機器名稱K第45頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四銷釘材料： 45號鋼淬火，或高碳鋼。在剪端處應(yīng)預(yù) 先切槽。特點： 由于材料機械性能不穩(wěn)定，以及制造尺寸誤差等原 因，使得銷釘剪斷載荷不精確；銷釘被剪斷后，不能自動恢復(fù)工作能力，需要停車 更換；結(jié)構(gòu)簡單，常用于很少過載的機器中；第46頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四彈簧主動齒輪從動盤外套筒調(diào)節(jié)螺母二、滾珠安全離合器 轉(zhuǎn)動方向工作原理：扭矩 主動齒輪 滾珠 從動盤 外套筒 鍵 從動軸。 過載時，彈簧被壓縮，從動盤右移，主動齒輪空轉(zhuǎn)，從動軸即停止轉(zhuǎn)動。彈簧壓力的大小可用螺母來調(diào)節(jié)。 當

22、載荷恢復(fù)正常時，重新傳遞轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動方向第47頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四當外環(huán)反向轉(zhuǎn)動時，則帶動滾柱克服彈簧力而滾到楔形空間的寬敞位置，離合器處于分離狀態(tài)。結(jié)構(gòu)：由星輪、外環(huán)、滾柱、彈簧推桿等零件組成。工作原理：當外環(huán)逆時鐘轉(zhuǎn)動時，以摩擦力帶動滾柱向前滾動，進一步楔緊內(nèi)外接觸面，從而驅(qū)動星輪一起旋轉(zhuǎn)。 1) 滾柱式定向離合器 一、定向離合器 滾柱在彈簧推桿作用下處于半楔緊狀態(tài)。14-5 特殊功用及特殊結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器及離合器第48頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四結(jié)構(gòu)：由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、楔塊、支撐環(huán)、拉簧等零件組成。2) 楔

23、塊式定向離合器 優(yōu)點：楔塊曲率半徑大，裝入數(shù)量多，相同尺寸時傳遞的轉(zhuǎn)矩更大。缺點：高速運轉(zhuǎn)時有較大磨損，壽命較短。工作原理：內(nèi)外環(huán)工作面都為圓形，整圈拉簧壓著楔塊始終與內(nèi)環(huán)接觸，并力圖使楔塊繞自身作逆時鐘方向偏擺。當外環(huán)順時鐘方向旋轉(zhuǎn)時，楔塊克服彈簧力而作順時鐘方向擺動，從而在內(nèi)外環(huán)間越楔越緊，離合器處于結(jié)合狀態(tài)。反向時斜塊松開而成分離狀態(tài)。 第49頁，共54頁，2022年，5月20日，21點34分，星期四結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)子軸、左右輪輻、勵磁線圈、磁粉等組成。 工作原理：通電后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依靠磁粉的結(jié)合力以及磁粉與兩工作面之間的摩擦力拉傳遞轉(zhuǎn)矩。 輸出磁粉性能要求：導(dǎo)磁率高、剩磁小、流動性好、耐磨、耐熱、不燒結(jié)性。 輸入二、 電磁粉末離合器第50頁，共54頁，2022年，5月20日，