14 联轴器、离合器、制动器及弹簧

14联轴器、离合器、制动器及弹簧联轴器用来把两轴联接在一起，以传递运动与转矩，机器停止运转后才能接合或分离的一种装置。离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。制动器用来降低机械的运转速度或迫使机械停止运转的部件联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。xyxy轴向位移x径向位移y角位移综合位移x、y、14.1联轴器一.联轴器的种类被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故对两轴对中性的要求高。当两轴有相对位移时，会在结构内引起附加载荷。这类联轴器的结构比较简单。联轴器的分类固定式联轴器可移式联轴器刚性可移式联轴器：利用联轴器工作零件间的间隙和结构特性来补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。弹性可移式联轴器：利用联轴器中的弹性元件的变形，来补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：二.固定式联轴器套筒联轴器凸缘联轴器夹壳联轴器十字滑块联轴器二.可移式联轴器齿式联轴器滑块联轴器万向联轴器结构运动演示结构工程案例实物滚子链联轴器弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器梅花形弹性联轴器轮胎联轴器膜片联轴器星形弹性联轴器五.联轴器的选择1.类型选择（1）两轴.对中情况：严格对中--------固定式联轴器不能保证严格对中或工作时会发生位移-------可移式联轴器弹性联轴器（2）载荷情况载荷平稳或变动不大-----------刚性联轴器经常起动制动或载荷变化大---------弹性联轴器（3）速度情况：工作转速联轴器许用转速低速----------刚性联轴器高速----------弹性联轴器（4）环境情况环境温度低（-20°c）或高（45°c)不宜选用具有橡胶或尼龙作弹性元件的联轴器；考虑安装尺寸2.尺寸选择据被联接轴的直径，转速，计算转矩选择一、离合器的分类作用：离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递转矩，在工作中主、从动部分可分离可接合。按其工作原理可分为啮合式：利用牙齿啮合传递转矩，可保证两轴同步运转，但只能在低速或停车时进行离合摩擦式：利用工作表面的摩擦传递扭矩，能在任何转速下离合，有过载保护但不能保证两轴同步运转按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类；按操纵方式分有机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气压操纵式等；可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它们能在特定条件下，自动地接合或分离。§14.2离合器对离合器的基本要求分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。二、牙嵌离台器单圆盘摩擦离合器多圆盘摩擦离合器三、摩擦离合器电磁摩擦离合器膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器盖压盘从动盘径向切槽外端圆孔，可防止应力集中。弹性杠杆离合器盖飞轮膜片弹簧膜片弹簧支承圈分离钩三、磁粉离合器磁粉离合器的工作原理如图17-15a所示，主动轴与轮芯1固定联接，在轮芯外缘的槽内绕有环形激磁线圈2，从动外轮鼓4与轮芯间形成的气隙中填入了导磁率高的铁粉混合物3。当线圈通电时，将形成一个经主动壳体、间隙、环形从动件中而闭合的磁通，铁粉被磁场化形成磁粉链。当主动件旋转时，由于磁粉的剪切阻力带动外鼓轮从而传递转矩。当断电时，铁粉处于自由松散状态，离合器即被分离。磁粉离合器的主要特点有：（1）励磁电流I与转矩T间呈线性关系，所以转矩控制方便、精度高，调节范围宽；（2）可实现恒张力控制，为一些有特殊要求的场合提供恒张力；（3）过载时磁粉层打滑，可以起到过载保护作用；（4）可用作制动器。五、安全离合器安全离合器：具有过载保护作用。（1）牙嵌式安全离合器：当转矩超过限定值时，接合牙伤的轴向力克服弹簧压紧力和摩擦阻力而使离合器分离。（2）摩擦式安全离合器：无操纵结构，用弹簧力将摩擦片压紧。过载时，摩擦片打滑。五、定向离合器定向离合器只能传递单向转矩，反向时能自动分离。锯齿形牙嵌离合器就是一种定向离合器，它只能单方向传递转矩，反向时会自动分离。图12-14所示为摩擦式定向离合器，它主要是由星轮1、外圈2、弹簧顶杆4和滚柱3组成。弹簧的作用是将滚柱压向星轮的楔形槽内，使滚柱与星轮、外圈相接触。设离合器以图示转向转动，当外圈的转速大于内圈时，由于摩擦力的作用使滚柱滑出楔形槽，这时离合器呈分离状态；当外圈转速小于内圈时，或外圈反转时，由于摩擦力和弹簧的共同作用，使滚柱滑入楔形槽内，这时离合器呈闭合状态。因此这种离合器也称为超越离合器。§14.3制动器一、制动器的类型、特点制动器与联轴器、离合器不同，它是利用摩擦力矩来消耗机器运动部件的动能，从而实现制动的。其动作迅速，可靠；其摩擦副耐磨，易散热。按照制动零件的结构特征分：有带式、块式、盘式等型式的制动器。按机构不工作时制动零件所处状态分：有常闭式和常开式两种制动器；前者经常处于紧闸状态，要加外力才能解除制动作用，例如提升机构中的制动器；后者经常处于松闸状态，必须施加外力才能实现制动，例如多数车辆中的制动器。按照控制方式分：自动式和操纵式两类；前者如各类常闭式制动器；后者包括用人力、液压、气动及电磁来操纵的制动器。制动器通常装在机构中转速较高的轴上，这样所需制动力矩和制动器尺寸可以小一些。abF1cQF2二、带式制动器三、块式制动器四、内张蹄式制动器1.制动踏板2.推杆3.主缸活塞4.制动主缸5.油管6.制动轮缸7.轮缸活塞8.制动鼓9.摩擦片10.制动蹄11.制动底板12.支承销13.制动蹄回位弹簧四、盘式制动器12§12—4联轴器，离合器，制动器的选择和维护一、联轴器的选择1.类型选择选择联轴器的前提是：全面了解常用联轴器的性能、应用范围及使用场合。设计人员根据机械设计中对联轴器的要求和工作条件，选用适合的联轴器类型。另外也可以参考同类机械或相似机械上的应用进行选择。1、对于低速、刚性大的短轴，或当两轴对中准确、工作时两轴线不会发生相对位移时，可选择刚性固定式联轴器；2、对于低速、刚性小的长轴，或当两轴的轴线有相对偏移，或基础与机架的刚性较差，工作式不能保证两轴线精确对中式，可选择刚性可移式联轴器；3、对于有一定轴向位移和角偏移时，可选择弹性套柱联销联轴器。4、对于有较大轴向位移和角偏移时，可选择弹性柱销连轴器；5、对于有一定轴向位移和较大角偏移时，可选择轮胎式联轴器。选择连轴器类型时应考虑的因素主要有：⑴被联接两轴的对中性；⑵转矩的大小和性质；⑶轴的工作转速；⑷工作环境、使用寿命和润滑密封条件等。2.型号选择当联轴器的类型确定后，应根据轴端直径d’，转矩T，转速n和空间尺寸等要求在标准中选择适当的联轴器型号。步骤：（1）计算名义转矩T：T=9550P/n[T]为所选联轴器的许用转矩；P为所选联轴器传动的最大功率。n为轴的转速；（2）计算转矩Tc:Tc=KTTc：计算转矩，T为联轴器所传递的名义转矩，单位为N.mm；K为联轴器工作情况系数，可根据原动机和工作机的类型从表12—2中选取。（3）选择联轴器的型号根据轴端直径、转速n、计算转矩Tc、等参数查手册，选择适当的型号。必须满足：Tc≤[Tc]n≤[n][Tc]为联轴器的许用最大转矩N,mm；[n]为联轴器的许用最高转速r/min二、离合器的选择离合器的选择首先是根据工作条件和使用要求，确定离合器类型，然后根据轴径和传递转矩的大小查手册选用型号。与联轴器相同，应满足：Tc≤[Tc]n≤[n]三、制动器的选择制动器的选择与联轴器的选择所考虑的条件和选择内容大致相同，但在制动器型号选择时制动力矩计算较为复杂可参考《机械设计手册》等设计资料进行制动器的设计选择。且满足：Tc=STmax式中：Tmax为制动轮所传递的最大转矩，N,mm；S为制动安全系数；按表12—4选取。四、联轴器、离合器、制动器的使用和维护(1)联轴器与离合器的安装误差应严格控制，对固定式刚性联轴器更应注意。由于所联接两轴的相对位移在负载后还可能增大，故通常要求安装误差不大于许用补偿量的二分之一。(2)联轴器在工作后应检查两轴对中情况，其相对位移不应大于许用补偿量。应定期检查传力零件是否有损坏，以便及时更换。有润滑要求的，要定期检查润滑情况。(3)对于转速较高的联轴器，要进行动平衡试验。(4)多片式摩擦离合器在工作时不应有打滑或分离不彻底现象。应经常检查作用在摩擦片上的压力是否足够；摩擦片磨损情况，回位弹簧是否灵敏；主、从动片之间的间隙应注意调正。(5)应定期检查离合器的操纵系统是否操作灵活，工作可靠。(6)制动器往往是机械设备中重要的安全装置，与安全生产密切相关。应经常检查其工作状况，制动器全部传动系统的动作要灵敏，应按时注油润滑转动环节，合理调整弹簧弹力、合理调整松开状态时制动瓦块与制动轮的间隙。14.4弹簧14.4.1弹簧的功用和类型14.4.2弹簧的制造、材料14.4.3其他弹簧简介14.4.1弹簧的功用和类型弹簧的主要功用有：1)控制机构的运动或零件的位置；2)缓冲及吸振；3)储存能量；4)测量力的大小。弹簧的种类有螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。螺旋弹簧是用金属丝(条)按螺旋线卷绕而成，由于制造简便，所以应用最广。按其形状可分为：圆柱形(图1a、b、d）、截锥形(图1c)等。按受载情况又可分为拉伸弹簧(图1a）、压缩弹簧(图1b、c)和扭转弹簧(图1d)。环形弹簧(图2a)和碟形弹簧(图2b)都是压缩弹簧，在工作过程中，一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上，因此具有很高的缓冲吸振能力，多用于重型机械的缓冲装置。平面涡卷弹簧或称盘簧(图2c)，它的轴向尺寸很小，常用作仪器和钟表的储能装置。板弹簧(图2d)是由许多长度不同的钢板叠合而成，主要用作各种车辆的减振装置。14.4.2弹簧的制造、材料一、弹簧的制造螺旋弹簧的制造过程包括：卷绕、两端面加工(指压簧)或挂钩的制作(指拉簧和扭簧)、热处理和工艺性试验等。大批生产时，弹簧的卷制是在自动机床上进行的，小批生产则常在普通车床上或者手工卷制。弹簧的卷绕方法可分为冷卷和热卷两种。当弹簧丝直径小于10mm时，常用冷卷法。冷卷时，一般用冷拉的碳素弹簧钢丝在常温下卷成，不再淬火，只经低温回火消除内应力。热卷的弹簧卷成后须经过淬火和回火处理。弹簧在卷绕和热处理后要进行表面检验及工艺性试验，以鉴定弹簧的质量。弹簧制成后，如再进行强压处理，可提高承载能力。但经强压处理的弹簧，不宜在高温、变载荷及有腐蚀性介质的条件下应用。因为在上述情况下，强压处理产生的残余应力是不稳定的。受变载荷的压缩弹簧，可采用喷丸处理提高其疲劳寿命。二、弹簧的材料弹簧在机械中常承受具有冲击性的变载荷，所以弹簧材料应具有高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能等。常用的弹簧材料有优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金。常用弹簧材料的性能列于表14-1和表14-2中。选择弹簧材料时应充分考虑弹簧的工作条件（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优先采用碳素弹簧钢丝。§14.4.3其他弹簧简介一、圆柱螺旋扭转弹簧扭转弹簧的外形和拉压弹簧相似，但承受的是绕弹簧轴线的外加力矩，主要用于压紧和储能，例如使门上铰链复位，电机中保持电刷的接触压力等。为了便于加载，其端部常做成图3所示的结构形式。二、碟形弹簧碟形弹簧是用薄钢板冲制而成的，其外形象碟子(图4)。当它受到沿周边均匀分布的轴向力F时，内锥高度h变小，相应地产生轴向变形λ。这种弹簧具有变刚度的特性。当D1、D和t一定时，随着内锥高度h与簧片厚度t的比值不同，它们的特性曲线也不相同(图4)。每条曲线上的小圆圈表示碟形弹簧片正好压