第17章聯(lián)軸離合制動器

§17-1聯(lián)軸器、離合器的類型和應用§17-2固定式剛性聯(lián)軸器§17-3可移動剛性聯(lián)軸器§17-4彈性聯(lián)軸器§17-5牙嵌式離合器§17-6摩擦離合器第17章聯(lián)軸器、離合器和制動器§17-7磁粉離合器§17-8定向離合器§17-9制動器鄭大工學院專用概述

聯(lián)軸器和離合器是機械裝置中常用的部件，它們主要用于聯(lián)接軸與軸，以傳遞運動與轉矩，也可用作安全裝置。大致有以下類型：

聯(lián)軸器用于將兩軸聯(lián)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；

離合器

在機器運轉過程中，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：在一定的回轉方向或達到一定轉速時，聯(lián)軸器或離合器即可自動接合或分離等；聯(lián)軸器和離合器種類繁多，在選用標準件或自行設計時應考慮：傳遞轉矩大小、轉速高低、扭轉剛度變化、體積大小、緩沖吸振能力等因素。鄭大工學院專用yxα

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。α

xy軸向如果聯(lián)軸器沒有適應這種相對位移的能力就會在聯(lián)軸器、軸和軸承中引起附加載荷，甚至引起強烈振動。聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對位移這就要求設計聯(lián)軸器時，要從結構上采取各種不同的措施，使之具有適應一定范圍的相對位移的性能。鄭大工學院專用§17-1聯(lián)軸器的類型和應用分類：彈性聯(lián)軸器（有彈性元件，能補償兩軸的相對位移、吸收振動、緩和沖擊）剛性聯(lián)軸器固定式聯(lián)軸器（不能補償兩軸的相對位移）移動式聯(lián)軸器（能補償兩軸的相對位移）作用：主要用于將兩根軸聯(lián)接在一起，使它們一起旋轉，并傳遞扭矩。聯(lián)軸器應用實例：手腕驅動機構、汽車后橋驅動等。根據(jù)對各種相對位移有無補償能力，聯(lián)軸器分為:鄭大工學院專用聯(lián)軸器大都已經(jīng)標準化了，可直接選用。工作條件=>選類型轉矩轉速軸徑=>確定型號與規(guī)格計算轉矩：Tc=KATKA為工作情況系數(shù)；T為名義轉矩；表17-1工作情況系數(shù)KA工作機原動機為電動機時發(fā)電機、小型通風機、小型離心機1.3透平壓縮機、木工機械、輸送機1.5攪拌機、增壓機、有飛輪的壓縮機1.7織布機、水泥攪拌機、拖拉機1.9挖掘機、起重機、碎石機、造紙機械2.3鄭大工學院專用§17-2固定式剛性聯(lián)軸器結構：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)軸器絞制孔螺栓型式：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。普通螺栓對中榫鄭大工學院專用制造與安裝要求：半聯(lián)軸器的凸緣端面應與軸線垂直，安裝時應使兩軸精確對中。90?材料：一般用鑄鐵、當重載或V≥30m/s時，用鑄鋼或鍛鋼。鄭大工學院專用特點:結構簡單，使用方便，應用較廣；可傳遞較大的轉矩；不能緩沖減振；對中性要求較高。應用：用于載荷較平穩(wěn)的兩軸聯(lián)接。鄭大工學院專用§17-3可移動剛性聯(lián)軸器聯(lián)接特點：構成動聯(lián)接，具有一個或幾個方向的活動度。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)軸器鄭大工學院專用鄭大工學院專用結構：兩個有內齒的外殼，兩個有外齒的套筒，兩者齒數(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，空腔內儲存潤滑油。功用：能補償軸不對中和偏斜。工作范圍：正常齒：α≤30’

腰鼓齒：α≤3?α

鄭大工學院專用優(yōu)點：傳遞扭矩大、能補償適量的綜合位移。缺點：結構笨重、造價高。應用：用于重型機械傳動。鄭大工學院專用二、滑塊聯(lián)軸器結構：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，滑塊將在凹槽內滑動。優(yōu)缺點：結構簡單、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：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y鄭大工學院專用鄭大工學院專用三、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、有夾角應用：廣泛應用于汽車、機床等機械傳動系統(tǒng)中。α單萬向聯(lián)軸器1.單萬向聯(lián)軸器鄭大工學院專用鄭大工學院專用鄭大工學院專用vA1=rω1結構特點：兩傳動軸末端各有一個叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構件相聯(lián)，“十字形”構件的中心位于兩軸交點處，運動分析：αα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=r’ω’2Aω'2Aαω1Brr’=rcosαω’2顯然有：

vA1=vA2

α=0~45?軸間角為：鄭大工學院專用r”其它位置：代入得：ααω1BBAω"2在圖示位置II,以軸2為參考系，對B點有：vB2=rω”2以軸1為參考系，對B點有：vB1=r”ω1=ω1rcosα同樣有：

vB1=vB2

r代入得：ω’’2=ω1cosαω’2>ω1=>ω”2<ω1ω1cosαω1cosα≤ω2≤ω’2=ω1/cosα鄭大工學院專用特點可以在較大的偏斜角下工作，45°；當主動軸1=C時，從動軸2C，2在1cos～1/cos的范圍內周期性變化；為避免從動軸2C,常將萬向聯(lián)軸器成對使用。鄭大工學院專用2.雙萬向聯(lián)軸器將兩個單萬向鉸鏈機構串聯(lián)使用，構成雙萬向鉸鏈機構。安裝要求：①主動、從動、中間三軸共面；②主動軸、從動軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應相等；③中間軸兩端的叉面應在同一平面內。ααC2αα121C為了消除從動軸變速轉動的缺點，常鄭大工學院專用鄭大工學院專用3.小型雙萬向聯(lián)軸器結構如圖所示，通常采用合金鋼制造。AAA--AAAααAAαα鄭大工學院專用鄭大工學院專用鄭大工學院專用一、彈性套柱銷聯(lián)軸器§17-4彈性聯(lián)軸器結構特點：外觀與凸緣聯(lián)軸器相似，用帶橡膠彈性套的柱銷聯(lián)接兩個半聯(lián)軸器。預留安裝空間以便與更換橡膠套A預留間隙以補償軸向位移。c圓柱孔圓錐孔鄭大工學院專用特點能緩沖減振；結構簡單，價格便宜；裝拆容易；彈性套易損壞，壽命較短；適用于經(jīng)常正反轉，啟動頻繁和高速傳動中。鄭大工學院專用二、彈性柱銷聯(lián)軸器結構：用尼龍制成的柱銷置于兩個半聯(lián)軸器凸緣的孔中。尼龍銷擋板cc銷與擋板之間留有間隙結構簡單、更換柱銷方便。特點：上述兩種聯(lián)軸器的動力通過彈性元件傳遞，緩和沖擊、吸收振動。應用：適用于正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。適用范圍：-12?≤t≤60?，v≤8000r/min能補償較大的軸向位移，并允許微量的徑向位移和角位移。兩種柱銷鄭大工學院專用鄭大工學院專用三、梅花形彈性聯(lián)軸器鄭大工學院專用四、輪胎式彈性聯(lián)軸器結構：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。特點：結構簡單、易于變形。允許較大的綜合hdvx位移。應用：適用于啟動頻繁、正反向運轉、有沖擊振動、有較大軸向位移、潮濕多塵的場合。適用范圍：5?≤α≤12?，x≤0.02D

y≤0.01D，n≤5000r/min

輪胎環(huán)D止退墊板鄭大工學院專用鄭大工學院專用聯(lián)軸器的選擇選擇類型轉矩的大小和性質及對緩沖性能的要求；工作轉速的高低；兩軸相對位移的大小和方向；可靠性和工作環(huán)境；制造、安裝、維護和成本。計算聯(lián)軸器的計算轉矩Tc=KAT確定聯(lián)軸器的型號,應使Tc[T]校核最大轉速nnmax協(xié)調軸孔直徑：每一型號的聯(lián)軸器適用的軸的直徑都有一個范圍。標準中給出適用直徑的尺寸系列，被聯(lián)接兩軸的直徑應當在此范圍內。一般情況下被聯(lián)接兩軸的直徑可以不同，軸端的形狀也可以不同。規(guī)定部件相應的安裝精度進行必要的校核鄭大工學院專用鄭大工學院專用鄭大工學院專用鄭大工學院專用牙嵌式離合器離合器摩擦式離合器電磁離合器自動離合器離合器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；結構簡單，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，調整維修方便。鄭大工學院專用§17-5牙嵌式離合器結構：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)兩套筒的結合與分離。鄭大工學院專用牙型30?~40?2?~8?2?~8?60?三角形梯形鋸齒形----傳遞中小轉矩、牙數(shù)為16~60----傳遞較大轉矩、牙數(shù)為3~15梯形牙可以補償磨損后的牙側間隙。鋸齒形只能單向工作。反轉時具有較大的軸向分力，會迫使離合器自行分離。制造要求：各牙應精確等分，以使載荷均勻分布。鄭大工學院專用離合器特點無軸向分力；不便于接合與分離；磨損后無法補償，故應用較少。1、矩形牙離合器特點強度高，能傳遞較大轉矩；能自動補償牙的磨損與間隙，從而減少沖擊，故應用較廣。2、梯形牙離合器用于傳遞小轉矩的低速離合器3、三角形牙離合器特點強度高；只能傳遞單向轉矩，用于特定工作條件處。4、鋸齒形牙特點：結構簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉矩。只適宜在兩軸不回轉或轉速差很小時進行結合，否則牙齒可能會因受撞擊而折斷。承載能力：取決于齒根的彎曲強度:hKATzWD0σb=≤[σb]

2KATzD0ahp=≤[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)；鄭大工學院專用材料：低碳合金鋼：20Cr、20MnB。滲碳淬火后牙面硬度：56~62HRC;中碳合金鋼：40Cr、45MnB。表面淬火后牙面硬度：48~58HRC;鄭大工學院專用§17-6摩擦離合器123一、單片式圓盤摩擦離合器摩擦扭矩:Tmax=FafRf結構：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)兩圓盤的結合與分離，靠摩擦力帶動從動軸轉動。缺點：結合過程中不可避免出現(xiàn)打滑，引起磨損和發(fā)熱；2.過載時打滑，起保護作用；3.結合平穩(wěn)、沖擊和振動小。優(yōu)點：1.在任何轉速條件下兩軸都可以進行結合；FaRf213Fa鄭大工學院專用應用：轉矩在2000N.m以下的輕型機械（包裝機械、紡織機械）。鄭大工學院專用鄭大工學院專用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)兩軸的結合與分離。調整螺母被動摩擦片二、多片式圓盤摩擦離合器結構特點：多個摩擦片疊加在一起；鄭大工學院專用鄭大工學院專用鄭大工學院專用鄭大工學院專用離合器離合器離合器摩擦片材料：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=12~15摩擦扭矩:Tmax=zFafRfzFaf(D1+D2)=4≥KA

T4Fap=π(D1

+D2)表面壓強:≤[p]D1D2鄭大工學院專用有潤滑劑無潤滑劑[p]/MPa表17-2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0.05~0.060.15~0.20.25~0.30淬火鋼—淬火鋼0.05~0.060.180.6~0.8青銅—鋼或鑄鐵0.080.17~0.180.4~0.5壓制石棉—鋼或鑄鐵0.120.3~0.50.20~0.30對于頻繁啟動的離合器，可將表中[p]降低15~30%。類型→反應敏捷，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。鄭大工學院專用離合器的操縱方式機械力電磁力氣動力液壓力8~10?

三、圓錐式摩擦離合器結構：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矩。缺點：徑向尺寸較大，不如多盤式緊湊。鄭大工學院專用§17-7磁粉離合器結構：由轉子軸、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，依靠磁粉的結合力以及磁粉與兩工作面之間的摩擦力來傳遞轉矩。輸出磁粉性能要求：導磁率高、剩磁小、流動性好、耐磨、耐熱、不燒結性。輸入鄭大工學院專用磁粉材料：鐵鈷鎳、鐵鈷釩等合金粉，加入少量二硫化鉬。形狀為球形或橢球形，顆粒直徑為：20~70μm。優(yōu)點：1）勵磁電流I與轉矩T呈線性關系、轉矩調節(jié)簡單而且精確，調節(jié)范圍寬。2)可用作恒張力控制，是造紙機、紡織機、印刷機、繞線機等的理想裝置。3)若將主動件固定，則可作制動器使用。缺點：相對而言比較笨重。4)操縱方便、離合平穩(wěn)、工作可靠。鄭大工學院專用當外環(huán)反向轉動時，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)。結構：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)逆時鐘轉動時，以摩擦力帶動滾柱向前滾動，進一步楔緊內外接觸面，從而驅動星輪一起旋轉。一、滾柱式定向離合器§17-8定向離合器滾柱在彈簧推桿作用下處于半楔緊狀態(tài)。鄭大工學院專用結構：由內環(huán)、外環(huán)、楔塊、支撐環(huán)、拉簧等零件組成。二、楔塊式定向離合器優(yōu)點：楔塊曲率半徑大，裝入數(shù)量多，相同尺寸時傳遞的轉矩更大。缺點：高速運轉時有較大磨損，壽命較短。工作原理：內外環(huán)工作面都為圓形，整圈拉簧壓著楔塊始終與內環(huán)接觸，并力圖使楔塊繞自身作逆時