機械設(shè)計基礎(chǔ)

（PPT課件）

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，有許多機器設(shè)備需要利用聯(lián)軸器和離合器才能正常工作，如卷揚機、運輸機械、汽車、重型機械等，如上圖所示。因為機器設(shè)備中不止一根軸，在軸與軸之間傳遞運動和動力，就需用到聯(lián)軸器。軸與軸之間工作過程中不但可接合，而且還可隨時分離，就需用到離合器。第11章聯(lián)軸器、離合器和制動器11.1聯(lián)軸器11.2離合器11.3制動器11.4工程應(yīng)用案例—卷揚機第11章聯(lián)軸器、離合器和制動器本章知識要點掌握聯(lián)軸器的用途、類型、結(jié)構(gòu)和選用原則；了解離合器的用途、類型、結(jié)構(gòu)和選用；了解制動器的用途、類型、結(jié)構(gòu)和選用；興趣實踐觀察自行車的剎車是如何工作的。思考探索汽車的哪些位置需要使用聯(lián)軸器、離合器和制動器，分別是何種類型，并如何進行工作？第11章聯(lián)軸器、離合器和制動器概述1聯(lián)軸器和離合器是機械裝置中常用的部件，它們主要用于聯(lián)接軸與軸，以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩，也可用作安全裝置。大致有以下類型：

聯(lián)軸器用于將兩軸聯(lián)接在一起，機器運轉(zhuǎn)時兩軸不能分離，只有在機器停車時才可將兩軸分離；

離合器在機器運轉(zhuǎn)過程中，可使兩軸隨時接合或分離的一種裝置。它可用來操縱機器傳動的斷續(xù)，以便進行變速或換向；

補充概述

安全聯(lián)軸器與離合器機器工作時，若轉(zhuǎn)矩超過規(guī)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；

特殊功用的聯(lián)軸器與離合器用于某些特殊要求處，如：在一定的回轉(zhuǎn)方向或達到一定轉(zhuǎn)速時，聯(lián)軸器或離合器即可自動接合或分離等；聯(lián)軸器和離合器種類繁多，在選用標準件或自行設(shè)計時應(yīng)考慮：傳遞轉(zhuǎn)矩大小、轉(zhuǎn)速高低、扭轉(zhuǎn)剛度變化、體積大小、緩沖吸振能力等因素。補充概述聯(lián)軸器的種類和特性1聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而是存在著某種程度的相對位移。這就要求設(shè)計聯(lián)軸器時，要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對位移的性能。一、聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸的相對位移聯(lián)軸器被聯(lián)接兩軸間的各種相對位移無補償能力，故對兩軸對中性的要求高。當兩軸有相對位移時，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)引起附加載荷。這類聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)比較簡單。二、聯(lián)軸器的分類

剛性聯(lián)軸器

聯(lián)軸器

撓性聯(lián)軸器

無彈性元件撓性聯(lián)軸器：聯(lián)軸器具有撓性，可補償兩軸的相對位移。但因無彈性元件，故不能緩沖減振。

有彈性元件撓性聯(lián)軸器：因聯(lián)軸器中裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的減振能力越強。這類聯(lián)軸器的品種多，應(yīng)用廣泛。對被聯(lián)接兩軸間的各種相對位移有補償能力，進一步分為：

聯(lián)軸器剪切銷安全聯(lián)軸器安全聯(lián)軸器─斷開聯(lián)接后不能自動恢復(fù)工作能力，用于很少過載處。安全離合器─斷開聯(lián)接后能夠自動恢復(fù)工作能力，用于經(jīng)常過載處；雙剪式銷釘裝在經(jīng)過淬火的鋼套內(nèi)，過載時即被剪斷。單剪式

安全聯(lián)軸器作用：當工作轉(zhuǎn)矩超過機器允許的極限轉(zhuǎn)矩時，聯(lián)接件將發(fā)生折斷、脫開或打滑，從而使從動軸自動停止轉(zhuǎn)動，以保護機器中的重要零件不致?lián)p壞。大多數(shù)聯(lián)軸器已經(jīng)標準化或規(guī)格化，一般機械設(shè)計者的任務(wù)是選用聯(lián)軸器，選用的基本步驟為：選擇聯(lián)軸器的類型計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩進行必要的承載能力校核規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度協(xié)調(diào)軸孔直徑校核最大轉(zhuǎn)矩確定聯(lián)軸器的型號

聯(lián)軸器三、聯(lián)軸器的選擇１．選擇聯(lián)軸器的類型應(yīng)全面了解工作載荷的大小和性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、工作環(huán)境等，結(jié)合常用聯(lián)軸器的性能、應(yīng)用范圍及使用場合選擇聯(lián)軸器的類型。低速、剛性大的短軸可選用剛性聯(lián)軸器；低速、剛性小的長軸可選用無彈元件撓性聯(lián)軸器；傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機械選用齒式聯(lián)軸器；對于高速、有振動和沖擊的機械，選用彈性元件撓性聯(lián)軸器；軸線位置有較大變動的兩軸，應(yīng)選用萬向聯(lián)軸器；有安全保護要求的軸，選用安全聯(lián)軸器。

聯(lián)軸器聯(lián)軸器2．計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩K為工作情況系數(shù)。T為聯(lián)軸器所傳遞的公稱轉(zhuǎn)矩。3．確定聯(lián)軸器的型號按Tca≤[Tn]，由聯(lián)軸器標準確定聯(lián)軸器型號，[Tn]為聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。4．校核最大轉(zhuǎn)速被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速n，不應(yīng)超過聯(lián)軸器許用的最高轉(zhuǎn)速[nmax]，即：n≤[nmax]選擇36．規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度7．進行必要的校核5．協(xié)調(diào)軸孔直徑被聯(lián)接兩軸的直徑和形狀（圓柱或圓錐）均可以不同，但必須使直徑在所選聯(lián)軸器型號規(guī)定的范圍內(nèi)，形狀也應(yīng)滿足相應(yīng)要求。聯(lián)軸器允許軸的相對位移偏差是有一定范圍的，因此，必須保證軸及相應(yīng)部件的安裝精度。聯(lián)軸器除了要滿足轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的要求外，必要時還應(yīng)對聯(lián)軸器中的零件進行承載能力校核，如對非金屬元件的許用溫度校核等。

聯(lián)軸器案例11-1右圖所示汽車離合器屬于哪一種離合器？汽車離合器的工作原理是什么？離合器離合器1一、離合器的分類作用：離合器用來聯(lián)接兩根軸，使之一起轉(zhuǎn)動并傳遞轉(zhuǎn)矩，在工作中主、從動部分可分離可接合。

按其工作原理可分為嵌入式、摩擦式兩類；

按離合控制方法不同，可分為操縱式和自動式兩類；

按操縱方式分有機械離合器、電磁離合器、液壓離合器和氣壓離合器等；

可自動離合的離合器有超越離合器、離心離合器和安全離合器等，它們能在特定條件下，自動地接合或分離。

離合器離合器二、對離合器的基本要求分離、接合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠；結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；

接合元件耐磨性好，使用壽命長，散熱條件好；

操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便。離合器2牙嵌離合器單圓盤摩擦離合器多圓盤摩擦離合器三、離合器簡介電磁摩擦離合器離合器案例11-1分析汽車用離合器安裝在發(fā)動機的飛輪和變速器之間，保證汽車的平穩(wěn)起步和變速器的順利換擋，同時防止傳動系統(tǒng)過載，保證發(fā)動機的安全。汽車離合器有摩擦式離合器、液力變矩器(液力耦合器)、電磁離合器等幾種。摩擦式離合器又分為濕式和干式兩種。濕式摩擦式離合器一般為多盤式的，浸在油中以便于散熱。采用若干個螺旋彈簧作為壓緊彈簧，并將這些彈簧沿壓盤圓周分布，采用膜片彈簧作為壓緊彈簧的離合器稱為膜片彈簧離合器。乘用車一般采用膜片彈簧離合器，如圖所示。膜片彈簧像一把小傘，利用其彈性壓緊從動盤，將發(fā)動機飛輪的驅(qū)動力傳遞給變速器；如果在小傘的頂部加力，小傘四周將向上翹起，這時從動盤與飛輪開始脫離，達到減少接觸或完全分離的目的。離合器四、離合器的選用嵌入式離合器的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸較小，兩軸間的聯(lián)接無相對運動，一般適用于低速接合，轉(zhuǎn)矩不大的場合；摩擦式離合器可在任何轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)兩軸的接合或分離；接合過程平穩(wěn)，沖擊振動較小；可有過載保護作用。但尺寸較大，在接合或分離過程中要產(chǎn)生滑動摩擦，故發(fā)熱量大，磨損也較大。電磁摩擦離合器可實現(xiàn)遠距離操縱，動作迅速，沒有不平衡的軸向力，因而在數(shù)控機床等機械中獲得了廣泛的應(yīng)用。離合器安全聯(lián)軸器離合器2一、滾珠安全離合器

主動齒輪傳來的轉(zhuǎn)矩通過滾珠、從動盤、外套筒而傳給從動軸。當轉(zhuǎn)矩超過許用值時，彈簧被過大的軸向分力壓縮，使從動盤向右移動，原來交錯壓緊的滾珠因被放松而相互滑動，此時主動齒輪空轉(zhuǎn)，從動軸即停止轉(zhuǎn)動。當載荷恢復(fù)正常時，又可重新傳遞轉(zhuǎn)矩。彈簧壓力的大小可用螺母來調(diào)節(jié)。

特殊功用與特殊結(jié)構(gòu)離合器二、定向離合器當爪輪為主動輪并作順時針回轉(zhuǎn)時，滾柱將被摩擦力轉(zhuǎn)動而滾向空隙的收縮部分，并楔緊在爪輪和套筒間，使套筒隨爪輪一同回轉(zhuǎn)，離合器即進入接合狀態(tài)。當爪輪反向回轉(zhuǎn)時，滾柱即被滾到空隙的寬敞部分，這時離合器即處于分離狀態(tài)。因而定向離合器只能傳遞單方向的轉(zhuǎn)矩，可在機械中用來防止逆轉(zhuǎn)及完成單向傳動。

特殊功用與特殊結(jié)構(gòu)離合器特殊2三、離心離合器如圖所示為開式離心離合器的工作原理圖，在兩個拉伸螺旋彈簧的彈力作用下，主動部分的一對閘塊與從動部分的鼓輪脫開；當轉(zhuǎn)速達到某一數(shù)值后，離心力增加到能克服彈簧拉力時，便使閘塊繞其支點向外擺動與從動鼓輪壓緊，離合器即進入接合狀態(tài)。當接合面上產(chǎn)生的摩擦力矩足夠大時，主、從動軸即一起轉(zhuǎn)動

特殊功用與特殊結(jié)構(gòu)離合器四、電磁粉末離合器如圖所示為電磁粉末離合器的原理圖。金屬外筒為從動件，嵌有環(huán)形勵磁線圈的電磁鐵與主動軸聯(lián)接，金屬外筒與電磁鐵間留有少量間隙，內(nèi)裝適量的鐵和石墨粉末。當勵磁線圈中無電流時，散砂似的粉末不阻礙主、從動件之間的相對運動，離合器處于分離狀態(tài)；當通入電流時，電磁粉末即在磁場作用下被吸引而聚集，從而將主、從動件聯(lián)系起來，離合器即接合。這種離合器在過載滑動時，會產(chǎn)生高溫。當溫度超過電磁粉末的居里點時，則磁性消失，離合器即分離，從而可以起到保安的作用。

特殊功用與特殊結(jié)構(gòu)離合器工程實踐選擇汽車用的一種離合器進行講解（結(jié)構(gòu)組成及工作原理）。案例11-2如右圖所示汽車制動器是如何工作的，屬于哪一類制動器？

制動器制動器制動器（brakestaff）是具有使運動部件（或運動機械）減速、停止或保持停止狀態(tài)等功能的裝置，俗稱剎車、閘。制動器主要由制架、制動件和操縱裝置等組成。制動器分為工業(yè)制動器和汽車制動器兩類。制動器是利用摩擦力矩來降低機器運動部件的轉(zhuǎn)速或使其停止回轉(zhuǎn)的裝置。制動器制動器的構(gòu)造和性能必須滿足以下要求：（1）能產(chǎn)生足夠的制動力矩。（2）結(jié)構(gòu)簡單，外形緊湊。（3）制動迅速、平穩(wěn)、可靠。（4）制動器的零件要有足夠的強度和剛度，還要有較高的耐磨性和耐熱性。（5）調(diào)整和維修方便。制動器制動器的分類：（1）帶式制動器結(jié)構(gòu)簡圖工作簡圖制動器制動器的分類：（2）內(nèi)漲蹄式制動器（鼓式制動器）結(jié)構(gòu)簡圖制動器制動器的分類：（3）外抱塊式制動器結(jié)構(gòu)簡圖工作簡圖制動器制動器的分類：（4）錐形制動器結(jié)構(gòu)簡圖工作簡圖案例11-2分析汽車制動器是指產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的力（制動力）的部件，其中也包括輔助制動系統(tǒng)中的緩速裝置。工作原理就是將汽車的動能通過摩擦轉(zhuǎn)換成熱能,如圖所示。汽車所用制動器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。鼓式制動器主要包括制動輪缸、制動蹄、制動鼓、摩擦片、回位彈簧等部分。主要是通過液壓裝置是摩擦片與隨車輪轉(zhuǎn)動的制動鼓內(nèi)側(cè)面發(fā)生摩擦，從而起到制動的效果，如圖所示。盤式制動器也叫碟式制動器，主要由制動盤、制動鉗、摩擦片、分泵、油管等部分構(gòu)成。盤式制動器通過液壓系統(tǒng)把壓力施加到制動鉗上，使制動摩擦片與隨車輪轉(zhuǎn)動的制動盤發(fā)生摩擦，從而達到制動的目的，如圖所示。

制動器工程