2015第十七章联轴器、离合器与制动器

第17章联轴器(离合器和制动器自学）§17-1联轴器、离合器的类型和应用§17-2固定式刚性联轴器§17-3可移式刚性联轴器§17-4弹性联轴器§17-5牙嵌离合器§17-6圆盘摩擦离合器§17-7磁粉离合器§17-8定向离合器§17-9制动器学习要求了解常用联轴器、离合器的主要类型和用途；掌握常用联轴器的结构、原理、特点、应用及选择。§17-1联轴器、离合器的类型和应用联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的联接，使它们一起回转并传递转矩。用联轴器联接的两根轴，只有在机器停车后，经过拆卸才能把它们分离。用离合器联接的两根轴，在机器工作中就能方便地使它们分离或接合。联轴器分刚性和弹性两大类。刚性联轴器由刚性传力件组成，又可分为固定式和可移式两类。固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移；可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。弹性联轴器包含有弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。联轴器的种类和特性1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。如果联轴器没有适应这种相对位移的能力，就会在联轴器、轴和轴承中产生附加载荷，甚至引起强烈振动。xyxy轴向位移x径向位移y角位移综合位移x、y、联轴器的种类和特性一、定义联轴器：实现两轴的联接，并传递运动及转矩T。特点：两轴分离时，必须停机。离合器：机器运转中，可根据需要将两轴分离或结合。二、功用：1、用于联接轴与轴，以传递运动与转矩；从结构上具有适应一定范围的相对位移的性能2、补偿所联两轴的相对位移；制造及安装误差、变形、温度变化不能保证严格的对中3、可用作安全装置；4、吸振、缓冲。按结构特性分：1、刚性联轴器：适用于两轴能严格对中，并在工作中不发生相对位移的地方，如凸缘联轴器。2、挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方挠性联轴器又可分为：1）无弹性元件：只起补偿偏移及位移作用，因无弹性元件无缓冲及减振作用完整分类见表手册，部分已标准化可补偿偏移及位移具有缓冲减振功能2）有弹性元件：弹性元件通过变形（弹性联轴器）定刚度变刚度时间转矩主动从动时间转矩abc曲线a—刚性联轴器，无弹性元件挠性联轴器曲线b—有缓冲作用的弹性联轴器曲线c—具有缓冲及减振作用的弹性联轴器四、选用原则刚性联轴器—用于载荷平稳，转速稳定，同轴度好，无相对位移的场合。无弹性元件挠性联轴器—用于有相对位移场合。定刚度弹性联轴器—用于载荷和速度不大，同轴度不易保证的场合。轴头d大小：dmin~dmax范围工作转速：n≤[n]转矩T：Tc≤Tn（许用名义转矩）选型号（查手册）变刚度弹性联轴器—用于载荷和速度变化较大处。联轴器和离合器大都已标准化了。一般可先依据机器的工作条件选定合适的类型，然后按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所豁的型号和尺寸。必要时还应对其中某些零件进行验算。计算转矩Tc已将机器启动时的惯性力和工作中的过载等因素考虑在内。联轴器和离合器的计算转矩可按下式确定Tc=KAT(17-1)式中：T为名义转矩；KA为工作情况系数，KA值列于表17-1中。§17-2固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器。如图17-1所示，它是用螺栓联接两个半联轴器的凸缘，以实规两轴联接的。螺栓可以用普通螺栓，也可以用铰制孔用螺栓。这种联轴器有普通的凸缘联轴器(a)和有对中榫的凸缘联轴器(b)两种主要的结构型式。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固定式刚性联轴器特点：结构简单，价格低无法补偿位移和偏斜，对两轴对中性要求高；无缓冲吸振能力。缺点：一、凸缘联轴器D2D1dD0DD0dD1D2对中方式不同，有两种型式：特点：能传递较大载荷；应用：用于两轴同轴度好、载荷平稳场合；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。二、套筒联轴器径向尺寸小，机床中应用很广。AAA-A三、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表面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。应用：用于低速传动轴，常用于垂直传动轴的联接。可移式刚性联轴器的组成零件间构成的动联接，具有某一方向或几个方向的活动度，因此能补偿两轴的相对位移。常用的可移式刚性联轴器有以下几种：一、齿式联轴器齿式联轴器是由两个有内齿的外壳3和两个有外齿的套筒4所组成(图17-3a)。套筒与轴用键相联，两个外壳用螺栓2联成一体，外壳与套筒之间设有密封圈1。内齿轮齿数和外齿轮齿数相等。工作时靠啮合的轮齿传递转矩。由于轮齿间留有较大的间隙和外齿轮的齿顶制成球形(图17-3b)，所以能补偿两轴的不对中和偏斜(图17-4)。为了减小轮齿的磨损和相对移动时的摩擦阻力，在外壳内贮有润滑油。§17-3可移式刚性联轴器较大的齿侧间隙齿顶做成球面有较多齿传递转矩—承载高，用于重型机械。允许综合位移R鼓形齿R1Ra直齿齿式联轴器的优点是能传递很大的转矩和补偿适量的综合位移，因此常用于重型机械中。但是，当传递巨大转矩时，齿间的压力也随着增大，使联轴器的灵活性降低，而且其结构笨重、造价较高。二、滑块联轴器滑块联轴器是由两个端面开有径向凹槽的半联轴器1、3和两端各具凸榫的中间滑块2所组成(图17-5)。中间滑块两端面上的凸榫相互垂直，分别嵌装在两个半联轴器的凹槽中，构成移动副。如果两轴线不对中或偏斜，运转时滑块将在凹槽内滑动，所以凹槽和滑块的工作面间要加润滑剂。若两轴不对中，当转速较高时，由于滑块的偏心将会产生较大的离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷，因此它只适用于低速，轴的转速一般不超过300r/min。----允许径向位移潘存云教授研制优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。适用范围：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/minαy三、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。α单万向联轴器vA1=rω1结构特点：两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，运动分析：αα两轴平均传动比为1，但瞬时传动比是动态变化的。在图示位置I,以轴1为参考系，对A点有：以轴2为参考系，对A点有：vA2=r’ω’2Aω'2Aαω1Brr’=rcosαω’2显然有：vA1=vA2α=0~45˚轴间角为：r”其它位置：代入得：ααω1BBAω2在图示位置II,以轴2为参考系，对B点有：vB2=rω”2以轴1为参考系，对B点有：vB1=r”ω1=ω1rcosα同样有：vB1=vB2r代入得：ω’’2=ω1cosαω’2〉ω1=ω”2ω1ω1cosαω1cosα≤ω2≤ω1=cosαω’2为了克服单个万向联轴器的上述缺点，机器中常将万向联轴器成对使用，如图17-8所示。这种由两个万向联轴器组成的装置称为双万向联轴器。对于联接相交或平行二轴的双万向联轴器，欲使主、从动轴的角速度相等，必须满足两个条件：1)主动轴、从动轴与中间件C的夹角必须相等，即α1=α2；2)中间件两端的叉面必须位于同一平面内。无弹性件挠性联轴器双万向联轴器潘存云教授研制AAA--AAAααAAαα小型双万向联轴器结构如图所示，通常采用合金钢制造。§17-4弹性联轴器弹性联轴器有金属或非金属弹性元件：1、变形功能，补偿综合位移；2、变形功能，储存能量，缓冲能力；3、弹性滞后，吸振能力；适用于：需正反转、起动频繁，传递中小转矩场合。有弹性件挠性联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器轮胎联轴器一、弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器在高速轴上应用得十分广泛。弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器的重量轻、结构简单、成本较低；但弹性套容易磨损，寿命较低。因此，常用于冲击载荷小、启动和换向频繁的高，中速的场合。二、弹性柱销联轴器（这种联轴器的结构与弹性套柱销联轴器十分相似，只是采用了非金属材料制成的柱销，取代了带有弹性套的柱销，柱销通常用具有一定弹性的尼龙制威。在载荷平稳、安装精度较高的情况下，可采用圆柱销。为了防止柱销的脱落，在柱销的两端设置了挡板。弹性柱销联轴器弹性柱销联轴器的优点是能够传递较大的转矩、结构更简单、成本低廉，且具有一定的补偿两根轴的轴线偏移的能力以及吸振和缓冲的能力；它的主要缺点是由于柱销材料的缘故，使得它的工作温度受到了限制。一般用于启动、换向频繁的高速轴之间的连接。上述两种联轴器，能缓和冲击、吸收振动，且能补偿故大的轴向位移。依靠弹性柱销的变形，允许有微量的径向位移和角位移。适用于正反向变化多、启动频繁的高速轴。最大转速可达800r/min,温度范围为-20至60°c。有弹性件挠性联轴器三、轮胎式联轴器轮胎式联轴器结构简单可靠，易于变形，因此它允许的相对位移较大。轮胎式联轴器适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、两轴间有较大的相对位移量、以及潮湿多尘之处。它的径向尺寸庞大，但轴向尺寸较窄，有利于缩短串接机组的总长度。它的最大转速可达5000r/min。适用范围：5˚≤α≤12˚，x≤0.02Dy≤0.01D，n≤5000r/min选择1联轴器的选择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，选用的基本步骤为：选择联轴器的类型计算联轴器的计算转矩进行必要的承载能力校核规定部件相应的安装精度协调轴孔直径校核最大转矩确定联轴器的型号选择2１．选择联轴器的类型应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作环境等，结合常用联轴器的性能、应用范围及使用场合选择联轴器的类型。低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器；传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器；对于高速、有振动和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器；轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器；有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。２．计算联轴器的计算转矩TKTAcaKA为工作情况系数。T为联轴器所传递的公称转矩。选择3６．规定部件相应的安装精度７．进行必要的校核３．确定联轴器的型号按Tca≤[T]，由联轴器标准确定联轴器型号，[T]为联轴器的许用转矩。４．校核最大转速被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：n≤nmax５．协调轴孔直径被联接两轴的直径和形状（圆柱或圆锥）均可以不同，但必须使直径在所选联轴器型号规定的范围内，形状也应满足相应要求。联轴器允许轴的相对位移偏差是有一定范围的，因此，必须保证轴及相应部件的安装精度。联轴器除了要满足转矩和转速的要求外，必要时还应对联轴器中的零件进行承载能力校核，如对非金属元件的许用温度校核等。练习(选择题)1)选择或计算联轴器时,应根据计算转矩Tca大于所传递的名义转矩T。这是因为考虑到(B)。A旋转时产生的离心载荷B机器不稳定运转时的动载荷和过载C制造联轴器的材料力学性能有偏差D两轴对中性不好时产生的附加载荷2)在载荷具有冲击、振动，且轴的转速较高、刚性较小时，一般选用（C）。A刚性固定式联轴器B刚性可移式联轴器C弹性联轴器D安全联轴器3)多盘摩擦离合器的内摩擦盘有时做成碟形，这是为了（C）。A减轻盘的磨损B提高盘的刚性C使离合器分离迅速D增大当量摩擦系数4)一般机械中，若两被联接轴有较大的综合位移，在这种情况下宜选用（D）。A凸缘联轴器B