机械设计 第14章联轴器离合器

第十四章 联轴器和离合器,14-1 联轴器的种类和特性,14-5 特殊功用及特殊结构的联轴器,及离合器,14-2 联轴器的选择,14-3 离合器,14-4 平安联轴器及平安离合器,本章学习的根本要求：,1了解联轴器和离合器的功用；,2了解常用联轴器和离合器的工作原理。,对于多数已经标准化的联轴器、离合器，只需要根据它们的工作条件合理选择适用的类型，必要时对其中的主要零件进行强度验算。,联轴器、离合器的类型较多，同一类型各种型式的工作原理根本相同。因此，在学习本章过程中，要时刻注意共同性与特殊性的关系。,作用：,主要用于将两根轴联接在一起，使它们一起旋转，并传递扭矩，有时也可用作平安装置。,离合器-在机器运转过程中，可使两轴随时接合,或别离。,联轴器-机器运转时两轴不能别离，只有在机器,停车时才可将两轴别离；,分类：,平安联轴器与离合器-,特殊功用的联轴器与离合器-,机器工作时，假设转矩超过规定值，即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏。,用于某些特殊要求处，如：在一定的回转方向或到达一定转速时，联轴器或离合器即可自动接合或别离等。,一、联轴器所联两轴的相对位移,两轴线的相对位移:,轴向、径向、角度、综合。,y,x,y,轴向,x,径向,角度,综合,制造误差,安装误差,受力变形,被联接的两轴不能保证严格对中,14-1,联轴器的种类和特性,二、联轴器的分类,无弹性元件联轴器,刚性联轴器,联轴器,套筒联轴器,凸缘,联轴器,夹壳,联轴器,齿式联轴器,十字滑块联轴器,挠性联轴器,有弹性元件联轴器,滑块联轴器,万向联轴器,滚子链联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,梅花形弹性联轴器,轮胎式联轴器,膜片联轴器,一 刚性联轴器,结构：,用一个套筒通过键将两轴联接在一起。用紧定,螺钉来实现轴向固定。,套筒,联轴器,型式,：,半圆键,普通平键,特点：,结构简单、使用方便、,传递扭矩较大，但不,能缓冲减振。,应用：,用于载荷较平稳的,两轴联接。,1、,套筒联轴器,应用：,用于低速传动轴，常用于垂直传动轴的联接。,2、,夹壳联轴器,结构：将套筒做成剖分夹壳结构，通过拧紧螺栓产生的预紧力使两夹壳与轴联接，并依靠键以及夹壳与轴外表之间的摩擦力来传递扭矩。有一个剖分式对中环。,特点：,无需沿轴向移动即可方便装拆，但不能联接直径不同的两轴，外形复杂且不易平衡，高速旋转时会产生离心力。,3、凸缘联轴器,结构：,把两个带有凸缘半联轴器用键分别与轴相联，然后用螺栓将两个半联轴器联成一体。,普通凸缘联轴器,型式,：,有对中榫的凸缘联轴器,普通凸缘联轴器,-靠铰制孔螺栓对中,-靠榫头对中,普通螺栓,对中榫,绞制孔螺栓,3、凸缘联轴器,特点：,结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但因,属于刚性联轴器，对所联两轴间的相对位移,缺乏补偿能力，故对两轴对中性的要求很高。,应用：,用于载荷较平稳、转速低、轴的刚性大、对,中性较好的两轴联接。,(二)无弹性元件的挠性联轴器,14-1,联轴器的种类和特性,因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。,1、,十字滑块联轴器,结构：,两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。,工作原理：,当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。,适用范围：,n250 r/min，轴的刚性较大，且无剧烈冲击处。,y,2、滑块联轴器,应用：,适用于小功率，高转速而无剧烈冲击的场合。,结构：,与十字滑块联轴器相似，只是沟槽很宽，中间为不带凸牙的方形滑块，其材料为夹布胶木。,工作特点：,由于中间滑块质量小，且有弹性，故允许较高的极限转速。,3、十字轴式万向联轴器,作用：,用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。,共轴、有夹角,应用：,广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。,单万向联轴器,当,1,为常数时，,2,将在一定范围内变化，因而在传动中将产生附加动载荷。,小型双万向联轴器,结构如下图，通常采用合金钢制造。,A,A,潘存云教授研制,A-A,A,A,A,A,4、齿式联轴器,功用：,能补偿轴不对中和偏斜。,结构：,由两个有内齿的外壳和两个有外齿的内套筒组成。外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。,优点：,传递扭矩大、能补偿综合位移。,缺点：,结构笨重、造价高。,应用：,用于重型传动。,4、齿式联轴器,5、滚子链联轴器,结构：,利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同的并列链,轮啮合来实现两半联轴器的联接。,特点：结构简单、尺寸紧凑、质量小、装拆方便、维修容易、,本钱低廉有一定的补偿性能和缓冲性能。,缺点：,因链条的套筒与链轮间存在间隙，不适于逆向传动和启动频繁或立式轴传动。同时受离心力的影响不适于高速传动。,(三)有弹性元件的挠性联轴器,因装有弹性元件，不仅可补偿两轴间的相对位移，且具有缓冲减振的能力。,它是依靠弹性元件的弹性变形来补偿两轴间的相对位移。,14-1,联轴器的种类和特性,1、弹性套柱销联轴器,结构特点：,外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器。,预留安装空间以便与更换橡胶套,A,预留间隙以补偿轴向位移。,c,圆柱孔,圆锥孔,特点：,制造容易，装拆方便，本钱较低。但弹性套易磨损，寿命较短。,适用于联接载荷平稳、需要正反转或起动频繁的传递中小转矩的轴。,14-1,联轴器的种类和特性,2、弹性柱销联轴器,尼龙销,挡板,c,c,销与挡板之,间留有间隙,结构：,用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的,孔中。,适用范围：,-20t70,特点：,动力通过弹性元件传递，,缓和冲击、吸收振动。,传递转矩的能力比前者大，结构更简单，安装、更换柱销方便、耐久性好。,3、轮胎式弹性联轴器,结构：,中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联,轴器联接。,特点：,结构简单、易于变形。,允许较大的综合位移。,应用：,适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、有较大轴向位移、潮湿多尘的场合。,轮胎环,D,止退垫板,4、梅花形弹性联轴器,工作温度：,-35 +80,传递扭矩：,T=1625000 N.M,结构：,半联轴器中间的弹性元件形状似梅花，故得名。选用不,同硬度的聚胺酯橡胶，铸形尼龙等材料制造。,A-A,A,A,5、膜片联轴器,结构：弹性元件为多个环形金属薄片叠合而成的膜片组，膜片圆周上有假设干个螺栓孔。用铰制孔螺栓交错间隔与半联轴器联接。,特点：,结构简单、弹性元件的联接没有间隙，不需润滑，维护,方便、质量小、对环境的适应性强。但扭转弹性较低，,减振性能差。,应用：,主要用于载荷平稳的高速传动。如直升机尾翼轴。,大多数联轴器已经标准化或规格化，一般机械设计者的任务是选用联轴器，不需要设计。,一联轴器类型的选择原那么,转矩、转速、轴径、相对位移、工作环境、本钱等,确定型号与规格,14-2,联轴器的选择,二计算联轴器的扭矩,计算转矩：,T,ca,=K,A,T,式中：K,A,-,工作情况系数，见表14-1；,三 确定联轴器的型号,选型依据：,T,ca,T,，,由相关标准确定型号；,14-2,联轴器的选择,表14-1 工作情况系数,K,A,原动机,(K,A,),发电机、小型通风机、小型离心机,1.3 1.5 1.8 2.2,透平压缩机、木工机械、输送机,1.5 1.7 2.0 2.4,搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机,1.7 1.9 2.2 2.6,织布机、水泥搅拌机、拖拉机,1.9 2.1 2.4 2.8,挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械,2.3 2.5 2.8 3.2,电动机 多缸 双缸 单缸,汽轮机 内燃机 内燃机 内燃机,工 作 机,压延机、重型初轧机、无飞轮活塞泵,3.1 3.3 3.6 4.0,14-2,联轴器的选择,选择联轴器的类型,计算联轴器的计算转矩,确定联轴器的型号,协调轴孔直径,校核最大转矩,规定部件相应的安装精度,进行必要的承载能力校核,联轴器的选择流程：,14-3,离合器,分类,一、离合器的分类,按其工作原理分,机械离合器,电磁离合器,液压离合器,气压离合器,超越离合器,离心离合器,平安离合器,嵌入式,摩擦式,按离合控制方法分,操纵式,自动式,按操纵方式分,二、对离合器的根本要求,接合平稳，别离迅速而彻底；,外形尺寸小，重量轻，工作平安，效率高；,接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热能力好；,操纵方便省力，调整维修方便。,14-3,离合器,1.牙嵌式离合器,结构：,由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。,固定套筒,活动套筒,滑环,对中环,工作原理：,利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的接合与别离。,三、常用离合器简介,牙型,3040,2,8,28,60,三角形,梯 形,锯齿形,-传递中小转矩、牙数为,1660,-传递较大转矩、牙数为,315,梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。,锯齿形只能单向工作。反转时具有较大的轴向分力，会迫使离合器自行别离。,制造要求：,各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。,2,3,2.单片式圆盘摩擦离合器,摩擦扭矩:,T,max,=F,a,f,R,f,结构：,由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。,工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的接合与别离，靠,摩擦力带动从动轴转动。,2.,过载时打滑，起保护作用；,3.,结合平稳、冲击和振动小。,优点：,1.,在任何转速条件下两轴都可以进行接合；,F,a,2,1,3,F,a,1,R,f,缺点：接合、别离过程中要产生滑动摩擦，引起磨损和发热。,主动摩擦片,杠杆,滑环,工作原理：,移动滑环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的接合与别离。,调整螺母,被动摩擦片,潘存云教授研制,3.多片式圆盘摩擦离合器,结构特点：,多个摩擦片叠加在一起,离合器的操纵方式,机械力,电磁力,气动力,液压力,4.电磁摩擦离合器,结构：,其结构特点与机械式多片摩擦离合器一样。,优点：,采用电磁力进行控制，因此控制灵活，容易实,现自动化。,14-3,离合器,14-4 平安联轴器及平安离合器,作用：,当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，联接件将发生折断、脱开或打滑，从而使从动轴自动停止转动，以保护机器中的重要零件不致损坏。,平安联轴器-断开联接后不能自动恢复工作能力，用,于很少过载处.,平安离合器-断开联接后能够自动恢复工作能力，用,于经常过载处.,14-4 平安联轴器及平安离合器,一、剪切销平安联轴器,双剪式,单剪式,分,单剪,和,双剪,两种类型。,结构：,类似于凸缘联轴器，但不用螺钉，而用钢制销钉联接。销钉装入经过淬火的两个套管中，过载时被剪断。,潘存云教授研制,弹簧,主动齿轮,从动盘,外套筒,调节螺母,二、滚珠平安离合器,转动方向,工作原理：,扭矩 主动齿轮 滚珠 从动盘,外套筒 键 从动轴。,过载时，弹簧被压缩，从动盘右移，主动齿轮空转，从动轴即停止转动。,弹簧压力的大小可用螺母来调节。,当载荷恢复正常时，重新传递转矩,。,转动方向,转动方向,转动方向,潘存云教授研制,转动方向,当外环反向转动时，那么带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置，离合器处于别离状态。,结构：,由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。,工作原理：,当外环逆时针转动时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起旋转。,滚柱式定向离合器,一、定向离合器,滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。,潘存云教授研制,14-5 特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器,结构：,由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。,工作原理：,通电后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传递转矩。,输出,输入,二、电磁粉末离合器,