联轴器离合器与制动器经典.ppt

第17章 联轴器、离合器和制动器,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。,联轴器所联两轴的相对位移,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。,三、联轴器与离合器的分类,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,弹性套柱销联轴器,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,作用：在机器运转过程中，使两轴随时接合或分离；用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；,离合器,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 安全离合器,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,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。,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,定刚度变刚度,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：dmindmax范围工作转速：nn转矩T：TcTn（许用名义转矩）,（查手册）,变刚度弹性联轴器 用于载荷和速度变化较大处。,离合器主要分牙嵌式和摩擦式两类。另外，还有电磁离合器和自动离合器。电磁离合器在自动化机械中作为控制转动的元件而被广泛应用。自动离合器能够在特定的工作条件下自动接合或分离。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。,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,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。,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。,一、凸缘联轴器,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。,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。,17-3 可移式刚性联轴器,由于制造、安装误差或工作时零件的变形等原因，被联接的两轴不一定都能精确对中，因此就会出现两轴间的轴向位移x(图17-2a)，径向位移y(图b)，角位移(图c)，以及由这些位移组合的综合位移。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。,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。,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300 r/min。,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：30,y0.04d，v300 r/min,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。,单万向联轴器,vA1=r1,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：,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=r2,=r cos 2,显然有：vA1=vA2,其它位置：,代入得：,在图示位置II,以轴2为参考系，对B点有：,vB2=r”2,以轴1为参考系，对B点有：,vB1=r”1,=1 r cos,同样有：vB1=vB2,代入得：,2=1 cos,2 1,=”2 1,1=cos2,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1=2；2)中间件两端的叉面必须位于同一平面内。,将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。,潘存云教授研制,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结构上和凸缘联轴器很近似，但是两个半联轴器的联接不用螺栓，而是用带橡胶弹性套的柱销，如图17-10所示。为了更换橡胶套时简便而不必拆移机器，设计中应注意留出距离A；为了补偿轴向位移，安装时应注意留出相应大小的间隙。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、弹性柱销联轴器如图17-11所示，弹性柱销联轴器是利用若干非金属材料制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中，以实现两轴的联接。柱梢通常用尼龙制成，而尼龙具有一定的弹性。弹性柱销联轴器的结构简单，更换柱销方便。为了防止柱销滑出，在柱销两端配置挡板。装配挡板时应注意留出间隙。,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60c。,（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。,轮胎式联轴器的结构如图17-12所示，中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联轴器联接。它的结构简单可靠，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5 000 r/min。,三、轮胎式联轴器,适用范围：512，x0.02D y0.01D，n5000 r/min,17-5 牙嵌离合器,牙嵌离合器是由两个端面带牙的套筒所组成(图17-13)，其中套筒1紧配在轴上，而套筒2可以沿导向平键3在另一根轴上移动。利用操纵杆移动滑环4可使两个套筒接合或分离。为避免滑环的过量磨损，可动的套筒应装在从动轴上。为便于两轴对中，在套筒1中装有对中环5，从动轴端则可在对中环中自由转动。离合器牙的形状有三角形、梯形和锯齿形。三角形牙传递中、小转矩，牙数为1560。梯形、锯齿形牙可传递较大的转矩，牙数为315。梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。锯齿形牙只能单向工作，反转时由于有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。各牙应精确等分，以使载荷均布。,牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，能传递较大的转矩，故应用较多。但牙嵌离合器只宜在两轴不回转或转速差很小时进行接合，否则牙齿可能会因受撞击而折断。牙嵌离合器可以借助电磁线圈的吸力来操纵，称为电磁牙嵌离合器。电磁牙嵌离合器通常采用嵌入方便的三角形细牙。它依据信息而动作，所以便于遥控和程序控制。,17-6 圆盘摩擦离合器,圆盘摩擦离合器有单片式和多片式两种。,图17-15所示为单片式摩擦离合器的简图，其中圆盘1紧配在主动轴上，圆盘2可以沿导键在从动轴上移动。移动滑环3可使两圆盘接合或分离。工作时轴向压力Fa使两圆盘的工作表面产生摩擦力来传递扭矩。,与牙嵌离合器比较，摩擦离合器具有下列优点：1)在任何不同转速条件卞两轴都可以进行接合；2)过载时摩擦面间将发生打滑，可以防止损坏其他零件；3)接合较平稳，冲击和振动较小。摩擦离合器在正常的接合过程中，从动轴转速从零逐渐加速到主动轴的转速，因而两摩擦面间不可避免地会发生相对滑动。这种相对滑动要消耗一部分能量，并引起摩擦片的磨损和发热。单片式摩擦离合器多用于转矩在2000 N.m以下的轻型机械。图17-16a所示为多片式摩擦离合器。,图17-16 多片式摩擦离合器,如图17-17所示，在电磁操纵的摩擦离合器中，当直流电经接触环1导入电磁线圈2后，产生磁力线吸引衔铁5，于是衔铁5将两组摩擦片3和4压紧，离合器处于接合状态。当电流切断时，磁力消失，依靠复位弹簧6将衔铁推开，使两组摩擦片松开，离合器处于分离状态。在电磁离合器中，电磁摩擦离合器是应用最广泛的一种。,摩擦离合器也可用电磁力来操纵。,17-7 磁粉离合器,磁粉离合器的工作原理如图17-18所示，图中安置励磁线圈1的磁轭2为离合器的固定部分。若将圆筒3与左右轮辐7、8组成离合器的主动部分，则转子6从动轴组成离合器的从动部分。在圆筒3的中间嵌装着隔磁环4，轮辐7或8上可联接输入件，在转子6与圆筒3之间有0.5-2mm的间隙，其中充填磁粉5。图17-18a表示断电时磁粉被离心力甩在圆筒的内壁，疏松并且散开，此时离合器处于分离状态。图17-18b表示通电后励磁线圈产生磁场，磁力线跨越空隙穿过圆筒到达转子形成图示的回路，此时磁粉受到磁场的影响而被磁化。磁化了的磁粉彼此相互吸引串成磁粉链而在圆筒与转子间聚合，依靠磁粉的结合力和磁粉与主、从动件工作面间的摩擦力来传递转矩。,磁粉的性能是决定离合器性能的重要因素。磁粉应具有导磁率高、剩磁小、流动性良好、耐磨、耐热、不烧结等性能，一般常用铁钴镍、铁钴钒等合金粉，并加入适量的粉状二硫化钼。磁粉离合器具有下列优良性能：1)励磁电流I与转矩T间呈线性关系，转矩调节简单而且精确，调节范围也宽；2)可用作恒张力控制，这对造纸机、纺织机、印刷机、绕线机等是十分可贵的。例如当卷绕机的卷径不断增加时，通过传感器控制励磁电流变化，从而转矩亦随之相应地变化，以保证获得恒定的张力；3)若将磁粉离合器的主动件固定，则可作制动器使用。此外，这种离合器操纵方便、离合平稳、工作可靠，但重量较大。,17-8 定向离合器,图17-19所示为滚柱式定向离合器，图中星轮1和外环2分别装在主动件和从动件上，星轮和外环间的楔形空腔内装有滚柱3，滚柱数目一般为3-8个，每个滚柱都被弹簧推杆4以不大的推力向前推进而处于半楔紧状态。,星轮和外环均可作为主动件。现以外环为主动件来分析，当外环逆时针方向回转时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起转动，离合器处于接合状态。反之，当外环顺时针方向回转时，则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空腔的宽敞部分，离合器处于分离状态，所以称为定向离合器。当星轮与外环均按顺时针方向作同向回转时，根据相对运动原理，若外环转速小于星轮转速，则离合器处于接合状态。反之，如外环转速大于星轮转速，则离合器处于分离状态，因此又称为超越离合器。定向离合器常用于汽车、机床等的传动装置中。,图17-20所示为楔块式定向离台器。这种离合器以楔块代替滚柱，楔块的形状如图所示。内外环工作面部为圆形、整圈的拉簧压着楔块始终和内环接触，并力图使楔块绕自身作逆时针方向偏摆。当外环顺时针方向旋转或内环逆时针方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时针方向偏摆，从而在内外环间越楔越紧，离合器处于接合状态。反向时楔块松开而成分离状态。,17-9 制 动 器,制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置。在车辆、起重机等机械中，广泛采用各种型式的制动器。一、块式制动器图17-21a所示为块式制动器，它借助瓦块与制动轮间的摩擦力来制动。通电时，励磁线圈1吸住衔铁2，再通过一套杠杆使瓦块5松开，机器便能自由运转。当需要制动时，则切断电流，励磁线圈释放衔铁2，依靠弹簧力并通过杠杆使瓦块5抱紧制动轮6。制动器也可以安排为在通电时起制动作用，但为安全起见，应安排在断电时起制动作用。,二、带式制动器图17-22为带式制动器。当杠杆上作用外力F后，闸带收紧且抱住制动轮，靠带与轮间的摩擦力达到制动目的，这种制动器结构简单、紧凑。,