第十四章聯軸器和離合器 14 1聯軸器的種類和特性 14 5特殊功用及特殊結構的聯軸器及離合器 14 2聯軸器的選擇 14 3離合器 14 4安全聯軸器及安全離合器 本章學習的基本要求 1 了解聯軸器和離合器的功用 2 了解常用聯軸器和離合器的工作原理 對于多數已經標準化的聯軸器 離合器 只需要根據它們的工作條件合理選擇適用的類型 必要時對其中的主要零件進行強度驗算 聯軸器 離合器的類型較多 同一類型各種型式的工作原理基本相同 因此 在學習本章過程中 要時刻注意共同性與特殊性的關系 作用 主要用于將兩根軸聯接在一起 使它們一起旋轉 并傳遞扭矩 有時也可用作安全裝置 離合器 在機器運轉過程中 可使兩軸隨時接合或分離 聯軸器 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 分類 安全聯軸器與離合器 特殊功用的聯軸器與離合器 機器工作時 若轉矩超過規定值 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 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 聯軸器或離合器即可自動接合或分離等 一 聯軸器所聯兩軸的相對位移 兩軸線的相對位移 軸向 徑向 角度 綜合 14 1聯軸器的種類和特性 二 聯軸器的分類 無彈性元件聯軸器 剛性聯軸器 聯軸器 套筒聯軸器 凸緣聯軸器 夾殼聯軸器 齒式聯軸器 十字滑塊聯軸器 撓性聯軸器 有彈性元件聯軸器 滑塊聯軸器 萬向聯軸器 滾子鏈聯軸器 彈性套柱銷聯軸器 彈性柱銷聯軸器 梅花形彈性聯軸器 輪胎式聯軸器 膜片聯軸器 一 剛性聯軸器 結構 用一個套筒通過鍵將兩軸聯接在一起 用緊定螺釘來實現軸向固定 套筒聯軸器 型式 半圓鍵 普通平鍵 特點 結構簡單 使用方便 傳遞扭矩較大 但不能緩沖減振 應用 用于載荷較平穩的兩軸聯接 1 套筒聯軸器 應用 用于低速傳動軸 常用于垂直傳動軸的聯接 2 夾殼聯軸器 結構 將套筒做成剖分夾殼結構 通過擰緊螺栓產生的預緊力使兩夾殼與軸聯接 并依靠鍵以及夾殼與軸表面之間的摩擦力來傳遞扭矩 有一個剖分式對中環 特點 無需沿軸向移動即可方便裝拆 但不能聯接直徑不同的兩軸 外形復雜且不易平衡 高速旋轉時會產生離心力 3 凸緣聯軸器 結構 把兩個帶有凸緣半聯軸器用鍵分別與軸相聯 然后用螺栓將兩個半聯軸器聯成一體 普通凸緣聯軸器 型式 有對中榫的凸緣聯軸器 普通凸緣聯軸器 靠鉸制孔螺栓對中 靠榫頭對中 對中榫 絞制孔螺栓 3 凸緣聯軸器 二 無彈性元件的撓性聯軸器 14 1聯軸器的種類和特性 因具有撓性 故可補償兩軸的相對位移 但因無彈性元件 故不能緩沖減振 1 十字滑塊聯軸器 結構 兩個端面開有徑向凹槽的半聯軸器 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 適用范圍 n 250r min 軸的剛性較大 且無劇烈沖擊處 2 滑塊聯軸器 應用 適用于小功率 高轉速而無劇烈沖擊的場合 結構 與十字滑塊聯軸器相似 只是溝槽很寬 中間為不帶凸牙的方形滑塊 其材料為夾布膠木 工作特點 由于中間滑塊質量小 且有彈性 故允許較高的極限轉速 3 十字軸式萬向聯軸器 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中 單萬向聯軸器 當 1為常數時 2將在一定范圍內變化 因而在傳動中將產生附加動載荷 小型雙萬向聯軸器結構如圖所示 通常采用合金鋼制造 4 齒式聯軸器 功用 能補償軸不對中和偏斜 結構 由兩個有內齒的外殼和兩個有外齒的內套筒組成 外齒做成球形齒頂的腰鼓齒 套筒與軸用鍵聯接 兩外殼用螺栓聯接 兩端密封 空腔內儲存潤滑油 優點 傳遞扭矩大 能補償綜合位移 缺點 結構笨重 造價高 應用 用于重型傳動 4 齒式聯軸器 5 滾子鏈聯軸器 結構 利用一條公用的雙排鏈條同時與兩個齒數相同的并列鏈輪嚙合來實現兩半聯軸器的聯接 特點 結構簡單 尺寸緊湊 質量小 裝拆方便 維修容易 成本低廉有一定的補償性能和緩沖性能 缺點 因鏈條的套筒與鏈輪間存在間隙 不適于逆向傳動和啟動頻繁或立式軸傳動 同時受離心力的影響不適于高速傳動 三 有彈性元件的撓性聯軸器 因裝有彈性元件 不僅可補償兩軸間的相對位移 且具有緩沖減振的能力 它是依靠彈性元件的彈性變形來補償兩軸間的相對位移 14 1聯軸器的種類和特性 1 彈性套柱銷聯軸器 結構特點 外觀與凸緣聯軸器相似 用帶橡膠彈性套的柱銷聯接兩個半聯軸器 圓柱孔 圓錐孔 特點 制造容易 裝拆方便 成本較低 但彈性套易磨損 壽命較短 適用于聯接載荷平穩 需要正反轉或起動頻繁的傳遞中小轉矩的軸 14 1聯軸器的種類和特性 2 彈性柱銷聯軸器 結構 用尼龍制成的柱銷置于兩個半聯軸器凸緣的孔中 適用范圍 20 t 70 特點 動力通過彈性元件傳遞 緩和沖擊 吸收振動 傳遞轉矩的能力比前者大 結構更簡單 安裝 更換柱銷方便 耐久性好 3 輪胎式彈性聯軸器 結構 中間為橡膠制成的輪胎環 用止退墊板與半聯軸器聯接 特點 結構簡單 易于變形 允許較大的綜合位移 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 4 梅花形彈性聯軸器 工作溫度 35 80 傳遞扭矩 T 16 25000N M 結構 半聯軸器中間的彈性元件形狀似梅花 故得名 選用不同硬度的聚胺酯橡膠 鑄形尼龍等材料制造 5 膜片聯軸器 結構 彈性元件為多個環形金屬薄片疊合而成的膜片組 膜片圓周上有若干個螺栓孔 用鉸制孔螺栓交錯間隔與半聯軸器聯接 特點 結構簡單 彈性元件的聯接沒有間隙 不需潤滑 維護方便 質量小 對環境的適應性強 但扭轉彈性較低 減振性能差 應用 主要用于載荷平穩的高速傳動 如直升機尾翼軸 大多數聯軸器已經標準化或規格化 一般機械設計者的任務是選用聯軸器 不需要設計 一 聯軸器類型的選擇原則 轉矩 轉速 軸徑 相對位移 工作環境 成本等 14 2聯軸器的選擇 二 計算聯軸器的扭矩 計算轉矩 Tca KAT 式中 KA 工作情況系數 見表14 1 三 確定聯軸器的型號 選型依據 Tca T 由相關標準確定型號 14 2聯軸器的選擇 14 2聯軸器的選擇 選擇聯軸器的類型 聯軸器的選擇流程 14 3離合器 分類 一 離合器的分類 按其工作原理分 機械離合器電磁離合器液壓離合器氣壓離合器 超越離合器離心離合器安全離合器 嵌入式 摩擦式 按離合控制方法分 操縱式 自動式 按操縱方式分 二 對離合器的基本要求 接合平穩 分離迅速而徹底 外形尺寸小 重量輕 工作安全 效率高 接合元件耐磨性好 使用壽命長 散熱能力好 操縱方便省力 調整維修方便 14 3離合器 1 牙嵌式離合器 結構 由端面帶牙的固定套筒 活動套筒 對中環組成 固定套筒 活動套筒 滑環 對中環 工作原理 利用操縱桿移動滑環 實現兩套筒的接合與分離 三 常用離合器簡介 牙型 三角形 梯形 鋸齒形 傳遞中小轉矩 牙數為16 60 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 2 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 滑環組成 工作原理 移動滑環 可實現兩圓盤的接合與分離 靠摩擦力帶動從動軸轉動 2 過載時打滑 起保護作用 3 結合平穩 沖擊和振動小 優點 1 在任何轉速條件下兩軸都可以進行接合 缺點 接合 分離過程中要產生滑動摩擦 引起磨損和發熱 工作原理 移動滑環 通過杠桿作用 壓緊或放松磨擦片 來實現兩軸的接合與分離 3 多片式圓盤摩擦離合器 結構特點 多個摩擦片疊加在一起 離合器的操縱方式 機械力 電磁力 氣動力 液壓力 4 電磁摩擦離合器 結構 其結構特點與機械式多片摩擦離合器一樣 優點 采用電磁力進行控制 因此控制靈活 容易實現自動化 14 3離合器 14 4安全聯軸器及安全離合器 作用 當工作轉矩超過機器允許的極限轉矩時 聯接件將發生折斷 脫開或打滑 從而使從動軸自動停止轉動 以保護機器中的重要零件不致損壞 安全聯軸器 斷開聯接后不能自動恢復工作能力 用于很少過載處 安全離合器 斷開聯接后能夠自動恢復工作能力 用于經常過載處 14 4安全聯軸器及安全離合器 一 剪切銷安全聯軸器 雙剪式 單剪式 分單剪和雙剪兩種類型 結構 類似于凸緣聯軸器 但不用螺釘 而用鋼制銷釘聯接 銷釘裝入經過淬火的兩個套管中 過載時被剪斷 潘存云教授研制 二 滾珠安全離合器 過載時 彈簧被壓縮 從動盤右移 主動齒輪空轉 從動軸即停止轉動 彈簧壓力的大小可用螺母來調節 當載荷恢復正常時 重新傳遞轉矩 當外環反向轉動時 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 結構 由星輪 外環 滾柱 彈簧推桿等零件組成 工作