聯(lián)軸器、離合器和制動器詳解

聯(lián)軸器、離合器和制動器14.1聯(lián)軸器14.1.1聯(lián)軸器的功用和分類聯(lián)軸器和離合器主要用于軸與軸之間的聯(lián)接，使它們一起回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩根軸，只有在機器停車后，經(jīng)過拆卸才能把它們分離。用離合器聯(lián)接的兩根軸，在機器工作中就能方便地使它們分離或接合。聯(lián)軸器分剛性和彈性兩大類。剛性聯(lián)軸器由剛性傳力件組成，又可分為固定式和可移式兩類。固定式剛性聯(lián)軸器不能補償兩軸的相對位移；可移式剛性聯(lián)軸器能補償兩軸的相對位移。彈性聯(lián)軸器包含有彈性元件，能補償兩軸的相對位移，并具有吸收振動和緩和沖擊的能力。聯(lián)軸器和離合器大都已標(biāo)準(zhǔn)化了。一般可先依據(jù)機器的工作條件選定合適的類型，然后按照計算轉(zhuǎn)矩、軸的轉(zhuǎn)速和軸端直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選擇所需的型號和尺寸。必要時還應(yīng)對其中某些件零進行驗算。計算轉(zhuǎn)矩T已將機器啟動時的慣性力和工作中的過載等因素考慮的計算轉(zhuǎn)矩可按下式確定T=KT（17－1）式中：T為名義轉(zhuǎn)矩；K為工作情況系數(shù)，K值列于下表中。c在內(nèi)。聯(lián)軸器和離合器cAcAA一、固定式剛性聯(lián)軸器的種類很多，本章僅介紹幾種有代表性的結(jié)構(gòu)。固定式剛性聯(lián)軸器中應(yīng)用最廣的是凸緣聯(lián)軸器。如下圖所示，它是聯(lián)軸器、離合器用螺栓聯(lián)接兩個半聯(lián)軸器的凸緣，以實現(xiàn)兩軸聯(lián)接的。螺栓可以用普通螺栓，也可以用鉸制孔用螺栓。這種聯(lián)軸器有兩種主要的結(jié)構(gòu)型式：圖a是普通的凸緣聯(lián)軸器，通?？裤q制孔用螺栓來實現(xiàn)兩軸對中；圖b是有對中榫的凸緣聯(lián)軸器，靠凸肩和凹槽（即對中榫）來實現(xiàn)兩軸對中。制造凸緣聯(lián)軸器時，應(yīng)準(zhǔn)確保持半聯(lián)軸器的凸緣端面與孔的軸線垂直，安裝時應(yīng)使兩軸精確對中。半聯(lián)軸器的材料通常為鑄鐵，當(dāng)受重載或圓周速度v＞30m／s時，可采用鑄鋼或鍛鋼。凸緣聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，但不能緩沖減振。常用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。二、可移式剛性聯(lián)軸器由于制造、安裝誤差或工作時零件的變形等原因，被聯(lián)接的兩軸不一定都能精確對中，因此就會出現(xiàn)兩軸間的軸向位移x（下圖a）、徑向位移y（圖b）、角位移a（圖c），以及由這些位移組合的能，力就會在聯(lián)軸器和軸承中產(chǎn)甚至引起強烈振動。綜合位移。如果聯(lián)軸器沒有適應(yīng)這種相對位移的、軸生附加載荷，可移式剛性聯(lián)軸器的組成零件間構(gòu)成的動聯(lián)接，具有某一方向或幾個方向的活動度，因此能補償兩軸的相對位移。常用的可移式剛性聯(lián)軸器有以下幾種：（一）、齒式聯(lián)輪器齒式聯(lián)軸器是由兩個有內(nèi)齒的外殼3和兩個有外齒的會簡4所組成（上圖a）。套筒與軸用鍵相聯(lián)，兩個外殼用螺栓2聯(lián)成一體，外殼與套簡之間設(shè)有密封圈1。內(nèi)齒輪齒數(shù)和外齒輪齒數(shù)相等。輪齒通常采用壓力角為20°的漸開線齒廓。工作時靠嚙合的輪齒傳遞轉(zhuǎn)矩。由于輪齒間留有較大的間隙和外齒輪的齒項制成球形（上圖b），所以能補償兩軸的不對中和偏斜（下圖）。為了減小輪齒的磨損和相對移動時的摩擦阻力，在外殼內(nèi)貯有潤滑油。齒式聯(lián)軸器允許角位移在30′以下，若將外齒輪做成鼓形齒（上圖b），則允許角位移可達3°。齒式聯(lián)軸器的優(yōu)點是能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩和補償適量的綜合位移，因此常用于重型機械中。但是，當(dāng)傳遞巨大轉(zhuǎn)矩時，齒間的壓力也隨著增靈活性降低，而且其結(jié)構(gòu)笨重、造價較高。（二）、滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器是由兩個端面開有徑向凹槽的半聯(lián)軸器具凸榫的中間滑塊2所組成（滑塊兩端面上的凸榫相互垂直，分別嵌裝在兩個半聯(lián)軸器的凹槽中，構(gòu)成移動副。如果兩軸線不對中或偏斜、運轉(zhuǎn)時滑塊將在凹槽內(nèi)滑動，所以凹槽和滑塊的工作面間要加潤滑劑。若兩軸不對中，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，由于滑塊的偏心將會產(chǎn)生較大的離心力和磨損，并給軸和軸承帶來附加動載荷，因此它只適用于低速，轉(zhuǎn)速一般不超過300r／min。大，使聯(lián)軸器的1、3和兩端各下圖）。中間軸的滑塊聯(lián)軸器允許的徑向位移（即偏心距）y≤0．04d（d為軸的直徑），角位移α≤30°。（三）、萬向聯(lián)軸器下圖所示為以十字軸為分別與軸1、軸2上的叉形接頭相聯(lián)。一軸可以在任意方向偏斜α角，角位移α可達40°～45°。為了增加其中間件的萬向聯(lián)軸器。十字軸的四端用鉸鏈因此，當(dāng)一軸的位置固定后，另靈活性，可在鉸鏈處配置滾針軸承（圖中未標(biāo)出）。但是，單個萬向聯(lián)軸器兩軸的瞬時角速度并不是時時相等的，即當(dāng)主動軸1以等角速度回轉(zhuǎn)時，從動軸2作變角速度轉(zhuǎn)動，從而引起動載荷，對使用不利。為了克服單個萬向聯(lián)軸器的上述缺點，機器中常將萬向聯(lián)軸器成對使用，如下圖所示。這種由兩個萬向聯(lián)軸器組成的裝置稱為雙萬向聯(lián)軸器。對于聯(lián)接相交或平行二軸的雙萬向聯(lián)軸器，欲使主、從動軸的角速度相等，必須滿足兩個條件：1）主動軸、從動軸與中間件C的夾角必須相等，即α＝α中間件兩端的叉面必須位于同一平面內(nèi)。顯然，中間件本身的轉(zhuǎn)速是不均勻的。但因它的慣性小，由它產(chǎn)生的動載荷、振動等一般不致引起顯著危害。小型雙萬向聯(lián)軸器的實際結(jié)構(gòu)如下圖所示，通常用合金鋼制造。三、彈性聯(lián)軸器（一）、彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)上和凸緣聯(lián)軸器很近似，但是兩個的聯(lián)接不用螺栓，而是用帶橡膠彈性套的柱銷，如下左圖所示。為了換橡膠套時簡便而不必拆移機器，設(shè)計中應(yīng)注意留出距離A；為了補償位移，安裝時應(yīng)注意留出相應(yīng)大小的間隙c彈性套柱銷聯(lián)軸器在應(yīng)用得十分廣泛。半聯(lián)軸器更軸向高速軸上（二）、彈性柱銷聯(lián)軸器如上右圖所示，彈性柱銷聯(lián)軸器是利用若干非金屬材料制成的柱銷置于兩個半聯(lián)軸器凸緣的孔中，以實現(xiàn)兩軸的聯(lián)接。柱銷通常用尼龍制成，而尼龍具有一定的彈性。彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單，更換柱銷方便。為了防止柱銷滑出，在柱銷兩端配置擋板。裝配擋板時應(yīng)注意留出間隙。上述兩種聯(lián)軸器中，動力從主動軸通過彈性件傳遞到從動軸。因此，它能緩和沖擊、吸收振動。適用于正反向變化多、啟動頻繁的高速軸。最大轉(zhuǎn)速可達8000r／min，使用溫度范圍為一°兩這種聯(lián)軸器能補償較大的軸向位移。依靠彈性柱銷的變有微量的徑向位移和角位移。但若徑向位移或角位移較大，則會引起彈性住銷的迅速磨損，因此采用兩這種聯(lián)軸器時仍須較仔細地安裝。（三）、輪胎式聯(lián)軸器輪胎式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)如下圖所示，中間為橡膠制成的輪胎環(huán)，用止退墊板與半聯(lián)軸器聯(lián)接。它的結(jié)構(gòu)簡單可靠，易于變形，因此它允許的相對位移較大，角位移可達5°～12°，軸向位移可達0．02D，徑向位移可達0．01D，D為聯(lián)軸器外徑。20～60C。形，允許輪胎式聯(lián)軸器適用于啟動頻繁、正反向有較大的相對位移量、以及潮濕多塵之處。它的徑向尺寸龐大，尺寸較窄，有利于縮短串接機組的總長度。它的最大轉(zhuǎn)速可達5000r／min。14．2離合器用離合器聯(lián)接的兩根軸，在運轉(zhuǎn)、有沖擊振動、兩軸間但軸向機器工作中就能方便地使它們分離或接合。離合器主要分牙嵌式和摩擦式兩類。另外，還有電磁離合器和自動離合器。電磁離合器在自動化機械中作為控制轉(zhuǎn)動的元件而被廣泛應(yīng)用。自動離合器能夠在特定的工作條件下（如一定的轉(zhuǎn)矩、一定的轉(zhuǎn)速或一定的回轉(zhuǎn)方向）自動接合或分離。一、牙嵌離合器牙嵌離合器是由兩個端面帶牙的套筒所組成（下圖），其中套筒1緊配在軸上，而套簡2可以沿導(dǎo)向平鍵3在另一根軸上移動。利用操縱桿移動滑環(huán)4可使兩個套筒接合或分離。為避免滑環(huán)的過量磨損，可動的套筒應(yīng)裝在從動軸上。為便于兩軸對中，在套筒1中裝有對中環(huán)5從動軸端則可在對中環(huán)中自由轉(zhuǎn)動。離合器牙的形狀有三角形、梯形和鋸齒形（下圖）。三角形牙傳遞中、小轉(zhuǎn)矩，牙數(shù)為15～60．梯形、鋸齒形牙可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，牙數(shù)為3～15。梯形牙可以補償磨損后的牙側(cè)間隙。鋸齒形牙能只單向工作，反轉(zhuǎn)時由于有較大的軸向分力，會迫使離合器自行分離。各牙應(yīng)精確等分，以使載荷均布。牙嵌離合器的承載能力主要取決于牙根處的彎曲強度。對于操作頻繁的離合器，尚需驗算牙面的壓強，由此控制磨損。即式中：h為牙的高度；面系數(shù)；z為牙的數(shù)目；W為牙根的彎曲截D0為牙的平均直徑；a為牙的寬度；［σ］為許用彎曲應(yīng)力；〔p〕許用壓強。牙嵌離合器結(jié)構(gòu)簡單，外廓尺寸小，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故應(yīng)用較多。但牙嵌離合器只宜在兩軸不回轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速差很小時進行接合，否則牙齒可能會因受撞擊而折斷。牙嵌離合器的常用材料為低碳合金鋼（如20Cr、20MnB），經(jīng)滲碳淬火等處理后使牙面硬度達到56～62HRC。有時也采用中碳含金鋼（如40Cr、45MnB），經(jīng)表面淬火等處理后硬度達48～58HRC。牙嵌離合器可以借助電磁線圈的吸力來操縱，稱為電磁牙嵌離合器。電磁牙嵌離合器通常采用嵌入方便的三角形細牙。它依據(jù)信息而動作，所以便于遙控和程序控制。二、圓盤摩擦離合器圓盤摩擦所示為單片式摩擦圓盤2可以沿導(dǎo)鍵在從動軸上移動。移動滑環(huán)工作時軸向壓力F使兩圓的盤工作表面產(chǎn)生摩擦力。設(shè)摩擦離合器有單片式和多片式離合器的簡圖，其中圓盤1緊配3可使兩圓接盤合或分離。兩種。下圖在主動軸上，力的合力作a用在摩擦半徑R的圓周上，則可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為fT=FfRfmaxa式中f為摩擦系數(shù)。與牙嵌離合器比較，摩擦離合器具有下列優(yōu)點：條件下兩軸都可以進行接合；2）過載時摩擦面間將發(fā)生打滑，可以防止3）接合較平穩(wěn)，沖擊和振動較小。摩擦離合器在正常的接合過程中，從動軸轉(zhuǎn)速從零逐漸加速到主動軸的轉(zhuǎn)速，因而兩摩擦面間不可避免地會發(fā)生相對滑動。這種相對滑能量，并引起摩擦片的磨損和發(fā)熱單片式摩擦離合器多用于轉(zhuǎn)矩在2000N·m以下的輕型機械（如包裝機械、紡織機械）。a所示為多片式摩擦離合器，圖中主動軸1與外殼2相聯(lián)接，從動軸3與套筒4相聯(lián)接。外殼內(nèi)裝有一組摩擦片5如圖b所示，它的外緣凸齒插入外殼2的縱向凹槽內(nèi)，因而隨外殼2一起．回轉(zhuǎn)，它的內(nèi)孔不與任何零件接觸。套筒4上裝有另一6如圖c所示，它的l）在任何不同轉(zhuǎn)速損壞其他零件；動要消耗一部分。下圖組摩擦片外線不與任何零件接觸，而內(nèi)孔凸齒與套筒4上的縱向凹槽相聯(lián)接，因而帶動套筒4一起回轉(zhuǎn)、這樣，就有兩組形狀不同的摩擦片相間疊合，如下圖a所示。圖中位置表示杠桿8經(jīng)壓板9將摩擦片壓緊，離合器處合狀態(tài)。若將滑環(huán)7向右移動，杠桿8逆時針方向擺動，壓板9松離合器即分離。若把圖c中的摩擦片改用圖d的形狀，于接開，則分離時摩擦片能自行彈開。另外，調(diào)節(jié)螺母10用來調(diào)整摩擦片間的壓力。摩擦片材料常用淬火鋼片或壓制石棉片。摩擦片數(shù)目多，可以增大所傳遞的轉(zhuǎn)矩。但片數(shù)過多，將使各層間壓力分布不均，勻所以一般不超過12～15片。摩擦離合器也可用電磁力來操縱。如下圖所示，在電磁操縱的摩擦離合器中，當(dāng)直流電經(jīng)接觸環(huán)1導(dǎo)人電磁線圈2后，產(chǎn)生磁力線吸引銜鐵入于是銜鐵5將兩組摩擦片3和4壓緊，會狀態(tài)。當(dāng)電流切斷時，磁力消失，依靠復(fù)位彈簧6將銜鐵推開，離合器處于接使兩組摩擦片松開。離合器處于分離狀態(tài)。在電磁離合器中，電磁摩擦離合器是應(yīng)用最廣14．3制動器制動器是用來降低機械運轉(zhuǎn)速度或迫使機械停止運轉(zhuǎn)的裝置。在車輛、起重機等機械中，廣泛采用各種型式的制動器。以下介紹