第十一章　聯(lián)軸器和離合器

機(jī)械設(shè)計教程第3版機(jī)械工業(yè)出版社第十一章聯(lián)軸器和離合器第一節(jié)聯(lián)軸器

第二節(jié)離合器

第一節(jié)聯(lián)軸器

一、聯(lián)軸器的特性及分類由于制造、安裝的誤差,以及工作中零部件的變形,用聯(lián)軸器連接的兩軸軸線之間會存在相對位置誤差如圖11-1所示。這種誤差可以分為軸向誤差(圖11-1a)、徑向誤差(圖11-1b)、角度誤差(圖11-1c)和綜合誤差(圖11-1d)。具有自動補(bǔ)償被連接兩軸軸線相對位置誤差能力的聯(lián)軸器稱為撓性聯(lián)軸器,不具有自動補(bǔ)償能力的聯(lián)軸器稱為剛性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器按照其補(bǔ)償方法可分為有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和無彈性元件的撓性聯(lián)軸器。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器依靠聯(lián)軸器中的彈性元件的變形實現(xiàn)補(bǔ)償,無彈性元件的撓性聯(lián)軸器則依靠聯(lián)軸器中不同零件之間的相對運動實現(xiàn)補(bǔ)償。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器按照彈性元件的材料可以分為金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器和非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器。第一節(jié)聯(lián)軸器

一、聯(lián)軸器的特性及分類圖11-1聯(lián)軸器所連接兩軸的位置誤差第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(一)剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器不具有自動補(bǔ)償被連接兩軸軸線相對位置誤差的能力,要求所連接的兩軸具有較高的位置精度和剛度。剛性聯(lián)軸器具有較高的承載能力。常用的剛性聯(lián)軸器有套筒聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器和夾殼聯(lián)軸器。1.套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器連接結(jié)構(gòu)如圖11-2所示,它通過聯(lián)軸套連接兩軸,所連接兩軸的直徑可以相同,也可以不相同,聯(lián)軸套與軸之間可以通過銷連接傳遞轉(zhuǎn)矩,也可以通過鍵連接或花鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩。套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,成本低,占用徑向尺寸小;但是裝配和拆卸都不方便。套筒聯(lián)軸器適用于低速、輕載、工作平穩(wěn)的連接。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(一)剛性聯(lián)軸器圖11-2套筒聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(一)剛性聯(lián)軸器2.凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器由兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器組成。兩個半聯(lián)軸器分別安裝在兩個被連接的軸端,半聯(lián)軸器與軸通過軸轂連接傳遞轉(zhuǎn)矩。兩個半聯(lián)軸器之間通過螺栓連接傳遞轉(zhuǎn)矩,根據(jù)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小,可采用普通螺栓連接,也可以采用加強(qiáng)桿螺栓連接。兩個半聯(lián)軸器之間可以通過加強(qiáng)桿螺栓連接定心,如圖11-3a所示;也可以用對中榫定心,如圖11-3b所示;還可以通過對中環(huán)定心,如圖11-3c所示。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,制造和使用都較方便,工作可靠,承載能力大,適用于高速、載荷平穩(wěn)、兩軸具有較高位置精度和剛度的場合。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(一)剛性聯(lián)軸器圖11-3凸緣聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器1.無彈性元件撓性聯(lián)軸器無彈性元件的撓性聯(lián)軸器依靠聯(lián)軸器中不同零件之間的相對運動來補(bǔ)償兩軸軸線之間的位置誤差,通常需要在良好的潤滑和密封條件下工作,不具有緩解載荷沖擊的能力。常用的類型有滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器和鏈條聯(lián)軸器等。(1)滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器如圖11-4所示,兩個半聯(lián)軸器端部開有滑槽,中間滑塊兩端榫塊斷面形狀為矩形,矩形寬度與半聯(lián)軸器端部滑槽寬度相等,滑塊同時嵌入兩個半聯(lián)軸器的滑槽中,通過滑塊與半聯(lián)軸器滑槽之間的相對滑動,滑塊聯(lián)軸器可以補(bǔ)償所連接兩軸之間的徑向位置誤差?；瑝K聯(lián)軸器工作中有噪聲、傳動效率低、滑塊磨損較快,常用于低速、無沖擊載荷的場合。(2)齒式聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器通過齒數(shù)相同的內(nèi)、外齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩,同時承載的齒數(shù)多,承載能力大,徑向尺寸小,但成本較高。齒式聯(lián)軸器具有綜合誤差補(bǔ)償能力,如圖11-5所示。為提高補(bǔ)償能力,通常將輪齒沿軸向修成球面,球心在軸線上,將齒面沿軸向修成鼓形,齒側(cè)留有較大的間隙。齒式聯(lián)軸器需要在良好的潤滑與密封條件下工作。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器1.無彈性元件撓性聯(lián)軸器圖11-4滑塊聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器1.無彈性元件撓性聯(lián)軸器圖11-5齒式聯(lián)軸器誤差補(bǔ)償a)軸向誤差補(bǔ)償b)角度誤差補(bǔ)償c)綜合誤差補(bǔ)償?shù)谝还?jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器有彈性元件的撓性聯(lián)軸器通過內(nèi)部彈性元件的變形,除可補(bǔ)償被連接兩軸軸線相對位置誤差以外,還具有緩解沖擊載荷、吸收振動的作用。聯(lián)軸器中的彈性元件可以是金屬材料,也可以是非金屬材料。(1)彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器如圖11-6所示,由兩個半聯(lián)軸器和多組帶有彈性套的柱銷(彈性元件)組成,形狀與凸緣聯(lián)軸器相近,將帶有彈性套的柱銷裝入半聯(lián)軸器的凸緣孔中,通過柱銷在兩個半聯(lián)軸器之間傳遞轉(zhuǎn)矩。彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,制造和使用都很方便,成本低,但是彈性元件工作壽命短,承載能力小。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,應(yīng)為更換彈性套留出必要的空間。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器圖11-6彈性套柱銷聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(2)彈性柱銷齒式聯(lián)軸器彈性柱銷齒式聯(lián)軸器(圖11-7)將尼龍柱銷置于兩個半聯(lián)軸器與聯(lián)軸器外套之間,通過柱銷的剪切,在半聯(lián)軸器外表面的圓弧槽與聯(lián)軸器外套內(nèi)表面圓弧槽之間傳遞轉(zhuǎn)矩。為防止柱銷沿軸向脫落,在外套兩端設(shè)有擋板。彈性柱銷齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,制造和使用方便,工作壽命長,使用中不需要采取專門的潤滑和密封措施,成本低,承載能力強(qiáng)。由于彈性零件的剛性較大,減振效果較差,工作中有噪聲。圖11-7彈性柱銷齒式聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(3)梅花形彈性聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器(圖11-8)由兩個形狀相同的、端部帶有凸爪的半聯(lián)軸器和梅花形彈性元件組成。梅花形彈性元件置于兩個半聯(lián)軸器的凸爪之間,通過凸爪與彈性元件之間的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。梅花形彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,零件數(shù)量少,結(jié)構(gòu)尺寸小,不需潤滑,承載能力較高,但是更換彈性元件時需要將半聯(lián)軸器沿軸向移動。圖11-8梅花形彈性聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(4)蛇形彈簧聯(lián)軸器蛇形彈簧聯(lián)軸器(圖11-9)將蛇形彈簧嵌在兩個半聯(lián)軸器凸緣的齒間,通過蛇形彈簧在兩個半聯(lián)軸器之間傳遞轉(zhuǎn)矩。蛇形彈簧用金屬材料制造,承載能力大,工作壽命長,通過改變與彈簧接觸的齒面形狀可以得到不同的剛度特性。由于彈簧與齒面接觸點處有相對滑動,為改善潤滑條件,并防止彈簧因離心力被甩出,需要將聯(lián)軸器的工作空間封閉,并加注潤滑油。圖11-9蛇形彈簧聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(5)膜片聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器如圖11-10所示,用螺栓連接將多組金屬膜片交錯地安裝在兩個半聯(lián)軸器之間,通過膜片在兩個半聯(lián)軸器之間傳遞轉(zhuǎn)矩,通過膜片的彈性變形實現(xiàn)對所連接的兩軸相對位置誤差的補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法無工作間隙,無相對滑動,工作無噪聲,不需要潤滑,承載能力大,工作壽命長。通過改變每組膜片的數(shù)量,可以改變其承載能力。膜片形狀可以是連桿式,也可以是整片式。圖11-10膜片聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器是常用標(biāo)準(zhǔn)部件,除了有關(guān)于各種類型聯(lián)軸器的尺寸、形狀、承載能力、最高轉(zhuǎn)速等內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)外,GB/T12458—2017中還定義了聯(lián)軸器的分類方法,GB/T3507—2008中規(guī)定了聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩系列,GB/T3852—2017中規(guī)定了聯(lián)軸器的軸孔和連接形式與尺寸。常用聯(lián)軸器多已標(biāo)準(zhǔn)化,用戶只需根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品樣本選用。選用聯(lián)軸器包括選擇聯(lián)軸器的類型、尺寸(型號)及聯(lián)軸器與軸的連接方式。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用1.聯(lián)軸器的類型選擇不同類型聯(lián)軸器的工作性能差異很大,選擇聯(lián)軸器的類型應(yīng)綜合考慮工作條件對聯(lián)軸器各方面工作性能的要求,合理選用。原動機(jī)的種類和工作機(jī)的載荷性質(zhì)是選擇聯(lián)軸器類型的重要依據(jù),電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速平穩(wěn),而內(nèi)燃機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速波動隨內(nèi)燃機(jī)缸數(shù)的減少而加劇;工作機(jī)如有較大的沖擊、振動、載荷變化較大、頻繁起動或頻繁變換傳動方向等都會對聯(lián)軸器的工作能力有較大影響,應(yīng)選用具有緩沖、減振特性的彈性聯(lián)軸器。如果被聯(lián)軸器連接的兩軸軸線位置精度較高,可以選用剛性聯(lián)軸器;如果由于制造、安裝的誤差,受力后結(jié)構(gòu)的變形及零部件的磨損等原因使軸線位置精度變差,應(yīng)選用具有補(bǔ)償兩軸軸線相對位移能力的撓性聯(lián)軸器。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用不同類型和尺寸的聯(lián)軸器由于材料、結(jié)構(gòu)、徑向尺寸不同,所允許的轉(zhuǎn)速范圍不同,在要求轉(zhuǎn)速較高的情況下除應(yīng)選擇許用轉(zhuǎn)速較高的聯(lián)軸器類型外,還應(yīng)對聯(lián)軸器進(jìn)行動平衡。如果工作環(huán)境中具有灰塵、蒸汽或腐蝕性介質(zhì),應(yīng)考慮環(huán)境對聯(lián)軸器材料的影響。例如在高溫、低溫、有油及酸、堿介質(zhì)的條件下,應(yīng)避免選用橡膠彈性元件的彈性聯(lián)軸器。有些聯(lián)軸器(如彈性柱銷齒式聯(lián)軸器)的工作噪聲較大,對噪聲有嚴(yán)格要求的場合不宜選用。不同類型的聯(lián)軸器由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不同,所用材料不同,對加工精度的要求不同,成本差異很大,使用中不應(yīng)盲目選擇性能好、精度高、價格高的聯(lián)軸器,應(yīng)綜合考慮各方面的要求,選擇最適合需要的聯(lián)軸器。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用2.選擇聯(lián)軸器型號確定聯(lián)軸器的類型后應(yīng)根據(jù)工作能力確定聯(lián)軸器的型號(尺寸)。JB/T7511—1994中規(guī)定了機(jī)械式聯(lián)軸器的選用計算方法,下面介紹的方法是對這一標(biāo)準(zhǔn)的簡化。根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊或相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)等可以查詢各種型號的聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩[T],如果原動機(jī)和工作機(jī)引起嚴(yán)重的載荷波動,將對聯(lián)軸器的工作能力產(chǎn)生較大影響,應(yīng)根據(jù)有關(guān)手冊推薦的方法對許用轉(zhuǎn)矩進(jìn)行修正。所確定的聯(lián)軸器型號應(yīng)保證Tca=KT≤[T](11-1)式中,Tca為聯(lián)軸器需要傳遞的計算轉(zhuǎn)矩(N·m);T為聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·m);K為使用系數(shù),見表11-1;[T]為所選擇聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩(N·m)。為保證所選聯(lián)軸器正常工作,在確定聯(lián)軸器型號時還應(yīng)保證n≤nmax(11-2)式中,n為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速(r/min);nmax為所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用3.確定聯(lián)軸器與軸的連接方式同一型號的聯(lián)軸器一般允許有幾種不同的直徑尺寸系列值可供選用,可以選擇圓柱孔或圓錐孔,同時可以選用多種不同的軸轂連接方式,具體可參考有關(guān)手冊或標(biāo)準(zhǔn)。第二節(jié)離合器使用離合器連接的兩軸可以在工作中隨時結(jié)合或分離,如果這種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要通過人為操縱實現(xiàn)則稱為操縱式離合器,如果工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換可根據(jù)工況(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等)自動完成則稱為自動式離合器。通過摩擦力在零件之間傳遞轉(zhuǎn)矩的離合器稱為摩擦式離合器,通過工作表面之間的嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩的離合器稱為嚙合式離合器。以下介紹離合器的常用類型。第二節(jié)離合器一、操縱式離合器1.單圓盤式摩擦離合器單圓盤式摩擦離合器依靠圓盤表面間的摩擦力在兩個半離合器之間傳遞轉(zhuǎn)矩,如圖11-11所示的單圓盤式摩擦離合器只有一對摩擦表面,通過移動右側(cè)半離合器上的操縱環(huán)可以使離合器結(jié)合或分離。單圓盤式摩擦離合器在汽車、摩托車等車輛上得到廣泛應(yīng)用。圖11-11單圓盤式摩擦離合器第二節(jié)離合器一、操縱式離合器2.多盤式摩擦離合器圖11-12所示為多盤式摩擦離合器,分別由外側(cè)帶齒的外摩擦盤和內(nèi)側(cè)帶齒的內(nèi)摩擦盤交錯放置構(gòu)成。外摩擦盤通過外齒與外輪轂及左側(cè)軸相連,內(nèi)摩擦盤通過內(nèi)齒與套筒及右側(cè)軸相連。當(dāng)滑環(huán)移動到左側(cè)(圖示位置)時,壓桿壓緊摩擦盤,使離合器結(jié)合;當(dāng)滑環(huán)移動到右側(cè)時,摩擦盤松開,離合器分離。多盤式摩擦離合器在機(jī)床等機(jī)械中應(yīng)用廣泛。圖11-12多盤式摩擦離合器第二節(jié)離合器二、自動式離合器1.牙嵌安全離合器圖11-13所示為一種牙嵌安全離合器,通過兩個半離合器端面齒牙的嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩。牙嵌式離合器的牙形可以是三角形、梯形或鋸齒形等。圖11-13中離合器的牙形為梯形。當(dāng)所傳遞的轉(zhuǎn)矩過大時,嚙合齒面間所產(chǎn)生的軸向推力使左側(cè)彈簧壓縮,離合器自動分離。牙嵌離合器用于低速輕載的場合。當(dāng)傳遞載荷過大時,安全離合器自動分離,中斷傳動鏈,防止過載,對傳動鏈中的其他傳動零件起到保護(hù)作用。圖11-13牙嵌安全離合器第二節(jié)離合器二、自動式離合器2.剪切銷安全離合器圖11-14所示為剪切銷安全離合器,通過銷在兩個半離合器之間傳遞轉(zhuǎn)矩。通常離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)傳動過載,銷工作斷面上的切應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度時,銷被剪斷,離合器分離,對其他零件起到保護(hù)作用。通過改變銷的尺寸、數(shù)量、材料及熱處理方式,可以改變離合器傳遞的最大載荷。由于材料的力學(xué)性能比較離散,所以剪切銷安全離合器的工作精度不高。圖11-14剪切銷安全離合器第二節(jié)離