機械設計基礎 第4版 課件 第10章 其他常用零部件

第10章其他常用零部件10.1聯軸器10.2離合器10.3制動器10.4彈簧10.1聯軸器10.1.1

聯軸器的分類聯軸器：用于將兩軸聯接在一起，機器運轉時兩軸不能分離，只有在機器停車時才可將兩軸分離。聯軸器在帶式輸送機中的應用聯軸器所聯接的兩軸，由于制造及安裝誤差、受載變形以及溫度變化的影響等，難以精確對中，而是存在著某種程度的相對位移。聯軸器應具有一定的適應上述位移的能力，否則就會在系統中引起附加載荷，影響機器的正常工作。軸的相對位移軸向位移x徑向位移y角位移α綜合位移x、y、α根據是否具有彈性元件，聯軸器可分為剛性和彈性兩大類。剛性聯軸器又可按是否具有補償兩軸相對位移的能力分為固定（無補償能力）和可移式（有補償能力）兩種。兩軸之間的偏差動畫（3D）1、固定式剛性聯軸器（1）套筒聯軸器10.1.2常見的聯軸器介紹由套筒和鍵（銷）組成，靠中間套筒傳遞轉矩。結構簡單，制造方便，徑向尺寸??；但要求兩軸線嚴格對中，裝拆時軸須作軸向移動。適用于低速、平穩(wěn)、輕載、小尺寸軸的聯接。該類聯軸器由剛性零件組成，且零件之間相對靜止，故其既無緩沖減振能力，又無補償兩軸相對位移的能力。套筒聯軸器動畫(3D)套筒聯軸器動畫(3D)（2）凸緣聯軸器特點：結構簡單，制造方便，傳遞轉矩較大；但要求兩軸嚴格對中，不能緩沖減振。適用場合：低速、平穩(wěn)、剛性大、對中性好的兩軸聯接。原理：由兩半聯軸器、螺栓和鍵組成。普通凸緣聯軸器靠配合螺栓實現兩軸對中，靠螺栓受剪切和擠壓傳遞轉矩；對中榫凸緣聯軸器則靠凸肩和凹槽實現對中，靠結合面的摩擦傳遞轉矩。聯軸器的材料通常為鑄鐵，重載或圓周速度大于30m/s時采用鑄鋼或鍛鋼。對中榫凸緣聯軸器普通凸緣聯軸器凸緣聯軸器動畫(3D)（1）十字滑塊聯軸器2、可移式剛性聯軸器兩半聯軸器1、3端面開有凹槽，中間盤2兩面有凸榫，凸榫與凹槽配合構成移動副，故在傳遞轉矩的同時，可補償兩軸線之間的徑向位移和少量角位移。聯軸器的材料一般為45鋼，工作表面要進行熱處理，并進行潤滑?；瑝K偏心轉動會引起離心力、增大磨損。適用轉速n＜300r/min、較平穩(wěn)、有徑向位移的兩軸聯接。該類聯軸器不能緩沖減振，但因其組成零件間是可動聯接，故具有補償兩軸相對位移的能力。十字滑塊聯軸器動畫滑塊聯軸器動畫(3D)（2）齒式聯軸器由兩個有內齒的外殼3和兩個有外齒的軸套4組成，兩軸套分別與兩軸用鍵聯接，兩外殼用螺栓連為一體，靠齒輪嚙合傳遞轉矩。為了能補償兩軸的綜合位移，外齒齒頂常制成球面，軸向制成鼓形，并取較大的齒側間隙。為減小摩擦和磨損，須潤滑。該聯軸器能傳遞很大的轉矩，補償綜合位移；但結構復雜、笨重、造價高。常用于重型機械中。（3）萬向聯軸器單萬向聯軸器：十字軸四端用鉸鏈分別與軸1、2的叉形接頭相聯，構成一空間機構。該聯軸器允許兩軸間有較大的角位移（可達40°~45°）。但當兩軸不共線時，它們的角速度比值是變化的，兩軸夾角越大，其變化幅度越大，產生的動載荷越大。適用于低速、角位移較小或對平穩(wěn)性要求不高的場合。單萬向聯軸器動畫(3D)雙萬向聯軸器：由兩個單萬向聯軸器串接組成。滿足以下兩個條件時，可實現兩軸的等角速度傳動。①主、從動軸與中間軸的夾角必須相等，α1=α2；②中間軸兩端的叉面必須共面。萬向聯軸器多采用合金鋼制造。結構緊湊，維護方便，可適應較大的角位移，廣泛應用于汽車、軋鋼機和機床等機器的傳動系統中。雙萬向聯軸器動畫(3D)小型十字軸式雙萬向聯軸器3、彈性聯軸器彈性聯軸器中裝有金屬或非金屬彈性元件，依靠彈性變形，其不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振能力。（1）彈性套柱銷聯軸器兩半聯軸器用套有彈性套的柱銷聯接，工作時通過擠壓彈性套傳遞轉矩，可補償綜合位移和緩沖減振。它制造容易，裝拆方便，但彈性套易磨損，壽命短。適用于聯接需正反轉或起動頻繁、受中小轉矩及不容易對中的兩軸。（2）彈性柱銷聯軸器兩半聯軸器用尼龍柱銷聯接，柱銷兩側裝有擋銷板。結構簡單，安裝、制造方便，壽命較長，有一定的緩沖減振能力，可補償一定的軸向位移及少量的徑向位移和角位移。適用于軸向串動量大、經常正反轉、起動頻繁和轉速較高的場合。（3）輪胎式聯軸器兩半聯軸器用橡膠或橡膠織物制成的輪胎聯接。其結構比較簡單，彈性大，具有良好的緩沖減振能力和補償較大綜合位移的能力。但其徑向尺寸較大。它適用于啟動頻繁、正反向運轉、有沖擊振動、兩軸相對位移較大以及潮濕、多塵之處。10.1.3聯軸器的選用1.聯軸器類型選擇熟悉各類聯軸器的特性，明確兩軸的聯接要求，再參照同類機器的使用經驗，可合理地選擇聯軸器的類型。對于高速、有振動和沖擊的機械，選用彈性聯軸器；低速、剛性大的短軸可選用固定式剛性聯軸器；低速、剛性小的長軸可選用可移式剛性聯軸器；傳遞轉矩較大的重型機械選用齒式聯軸器；軸線位置有較大變動的兩軸，應選用萬向聯軸器。2.聯軸器型號選擇聯軸器的型號是根據所傳遞的轉矩、軸的直徑和轉速，從聯軸器的標準中選用的，具體應滿足以下條件：1）計算轉矩Tc應小于等于聯軸器的公稱轉矩[T]，Tc≤[T]2）轉速n應小于等于聯軸器的許用轉速[n]，n≤[n]3）軸的直徑應在所選聯軸器孔徑范圍之內，dmin≤d≤dmaxK—工作情況系數；T—聯軸器的工作轉矩（N.m)。n—工作轉速（r/min）；P—傳遞的功率（kw）；其中10.2離合器對離合器的基本要求是接合平穩(wěn)、分離迅速、工作可靠、操作維護方便、外廓尺寸小、重量輕、耐磨性和散熱性好。10.2.1牙嵌離合器它由兩個端面帶牙的半離合器組成。左半離合器用鍵和螺釘固定在主動軸上，右半離合器則用導向平鍵或花鍵與從動軸聯接，通過操縱機構可使其在軸上作軸向移動，以實現兩半離合器的接合與分離。為了便于兩軸對中，在離合器中裝有對中環(huán)，從動軸可在對中環(huán)中自由轉動。牙嵌式離合器的牙形有三角形、梯形和鋸齒形。三角形牙傳遞中、小轉矩，牙數為15~60；梯形、鋸齒形牙可傳遞較大的轉矩，牙數為3~15。梯形牙可補償磨損后的牙側間隙。齒鋸形牙只能單向工作，反轉時由于有較大軸向分力，會迫使離合器自行分離。牙嵌式離合器的常用材料為低碳合金鋼（如20Cr，20MnB）經表面滲碳淬火后硬度達56~62HRC。有時采用中碳合金鋼（如40Cr，45MnB），經表面淬火后硬度達56~62HRC。該離合器結構簡單，外廓尺寸小，能傳遞較大的轉矩。但其只宜在兩軸不回轉或轉速差很小時進行結合，否則容易打斷牙齒。10.2.2摩擦離合器摩擦離合器是通過主、從動摩擦盤壓緊后產生的摩擦力來傳遞運動和轉矩的。其特點是運轉中便于接合，在過載時可打滑保護其他零件；接合平穩(wěn)，沖擊小，振動小。但傳遞的轉矩小，適用于高轉速、低轉矩的情況。1．單片摩擦離合器摩擦盤1與主動軸通過鍵聯接，摩擦盤2用導向鍵或花鍵與從動軸聯接，通過操縱裝置移動銷環(huán)3可使兩摩擦盤接合或分離，工作時軸向壓力Fa使摩擦盤之間產生摩擦力。摩擦離合器在正常的接合與分離過程中，接觸面之間必然存在相對滑動，故會引起摩擦片的磨損和發(fā)熱。2.多片摩擦離合器主動軸與外鼓輪聯接，從動軸與套筒聯接。鼓輪內裝有一組外摩擦片，它的外緣凸齒插入鼓輪的縱向凹槽內，因而隨鼓輪一起回轉，而內孔不與任何零件接觸。套筒上裝有一組內摩擦片，它的外緣不與任何零件接觸，而內孔槽與套筒上的縱向凸齒配合，可帶動從動軸一起轉動。內、外兩組摩擦片相間組合，當滑環(huán)左右移動時通過曲臂杠桿可使離合器接合或分離。多片摩擦離合器的壓力可以通過雙圓螺母調整，以適應傳遞不同轉矩的要求。摩擦片的常用材料是淬火鋼或壓制石棉片。摩擦片數目多，可增大傳遞的轉矩，但片數過多，將使各層間壓力分布不均勻，同時影響離合器動作的靈活性，所以一般不超過12~15片。摩擦離合器有潤滑劑時稱為濕式，否則，稱為干式。濕式離合器摩擦片壽命長，能在繁重的條件下運轉；而干式離合器離合迅速，但摩擦片易磨損。單片摩擦離合器結構簡單，維護方便，但徑向尺寸大，能傳遞的轉矩??；多片摩擦離合器結構復雜，成本高，但傳遞的轉矩大。多片摩擦離合器常用在高速、轉矩較大及離合頻繁的場合。10.3制動器制動器是利用摩擦力來降低機械運轉速度或迫使其停止運轉的機械裝置。多數常用制動器已經標準化、系列化。制動器的種類很多，按制動零件的結構特征分，有帶式、塊式和盤式制動器，前述如圖所示的單盤摩擦離合器的從動軸固定即為典型的圓盤制動器。按工作狀態(tài)分，有常閉式和常開式制動器，常閉式制動器經常處于緊閘狀態(tài)，施加外力時才能解除制動（如起重機用制動器），常開式制動器經常處于松閘狀態(tài)，施加外力時才能制動（如車輛用制動器）。10.3.1帶式制動器常見的帶式制動器的工作原理如圖所示。帶式制動器制動輪軸時軸受力大，帶和制動輪間壓力不均勻，從而磨損也不均勻，且?guī)б讛嗔?，但結構簡單、尺寸緊湊，可以產生較大的制動力矩，所以目前應用較廣。當施加外力Q時，利用杠桿3收緊閘帶2而抱住制動輪1，靠帶和制動輪間的摩擦力達到制動的目的。帶式制動器動畫(3D)10.3.2塊式制動器塊式制動器的工作簡圖如圖所示，靠瓦塊5與制動輪6間的摩擦力來制動。通電時，電磁線圈1的吸力吸住銜鐵2，通過杠桿使瓦塊5松開，機器便能自由運轉。當需要制動時，則斷開電源，線圈1釋放銜鐵2，依靠彈簧力通過杠桿使瓦塊5抱緊制動輪6達到制動的目的。塊式制動器制動和開啟迅速、尺寸小、質量輕，易于調整瓦塊間隙，但制動時沖擊力大，電能耗也大消，不宜用制動力矩大和需要頻繁制動的場合。外塊式制動器動畫(3D)10.3.3內漲式制動器

下圖所示為內漲式制動器工作簡圖。兩個制動蹄2、7分別通過兩個銷釘1、8與機架鉸接，制動蹄表面裝有摩擦片3，制動輪6與需要制動的軸固聯。當壓力油進入液壓缸4后，推動左右兩個活塞克服彈簧5的拉力使制動蹄2、7分別與制動輪6相互壓緊，從而達到制動目的。油路卸壓后，彈簧5使兩制動蹄與制動輪分離松閘。10.4彈簧10.4.1概述彈簧是一種彈性元件，受外力作用時能產生較大的彈性變形，在各類機械中應用十分廣泛，其主要功用有：1）緩沖減振。如車輛中的減振彈簧、緩沖器所用彈簧等。2）控制運動。如內燃機的閥門彈簧、離合器的控制彈簧等。3）儲存能量。如鐘表彈簧、儀器中的彈簧等。4）測量力和力矩。如測力器和彈簧秤中的彈簧等。彈簧的類型按外形有：螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、盤簧、板簧等。按受力有：拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧、彎曲彈簧等。圓柱形螺旋壓縮和拉伸彈簧。結構簡單，制造方便，剛度穩(wěn)定，應用最廣，適用各種機械。圓柱形螺旋扭轉彈簧。主要用于各種裝置中的壓緊和儲能。圓錐形螺旋壓縮彈簧。穩(wěn)定性好，結構緊湊，剛度隨載荷變化，多用于承受較大載荷和減振的場合。碟形壓縮彈簧。剛度大，緩沖減振能力強，適用于載荷很大而彈簧軸向尺寸受限制的地方。具有變剛度的特性。環(huán)形壓縮彈簧。緩沖減振能力較強，適用于重型設備。盤形扭轉彈簧。變形角大，儲存的能量大，軸向尺寸很小，多用作儀器、鐘表中的儲能彈簧。板形彎曲彈簧。緩沖減振能力強，主要用于汽車、拖拉機、火車車輛的懸掛裝置。1.壓縮彈簧結構：在自由狀態(tài)下各圈之間存在間隙δ，以備受載時變形。彈簧兩端各有0.75~1.75圈并緊，工作時不參與變形，稱為支承圈或死圈。支承圈端面有磨平和不磨平兩種，但均應與彈簧軸線垂直。磨平結構用于受變載荷的重要彈簧，其磨平長度應不小于3/4圈，末端厚度不小于的d/8（d簧絲直徑）。參數和尺寸：簧絲直徑d、外徑D、中徑D2、內徑D1、工作圈數n、螺旋升角α、節(jié)距t、自由高度