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1、机械设计机械设计20072007第十四章第十四章 联轴器和离合器联轴器和离合器14-1 联轴器和离合器概述联轴器和离合器概述14-2 联轴器的种类和特性联轴器的种类和特性14-3 联轴器的选择联轴器的选择14-4 离合器离合器14-5 安全联轴器及安全离合器安全联轴器及安全离合器14-6 特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器机械设计机械设计20072007教学时数教学时数:2学时学时教学目的与要求教学目的与要求:使学生了解联轴器与离合器的主要类型和用途；使学生了解联轴器与离合器的主要类型和用途；掌握联轴器和离合器的结构特点、工作原理和选用步骤。熟练掌握联轴器和离
2、合器的结构特点、工作原理和选用步骤。熟练掌握各种联轴器、离合器和制动器的性能特点与选择。掌握各种联轴器、离合器和制动器的性能特点与选择。教学内容教学内容:联轴器与离合器的主要类型；联轴器和离合器的结构联轴器与离合器的主要类型；联轴器和离合器的结构特点、工作原理和选用步骤。特点、工作原理和选用步骤。 教学重点教学重点:联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器的分类。联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器的分类。教学难点教学难点:联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别。联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别。机械设计机械设计20072007联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主
3、要用于轴与轴的联接，联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主要用于轴与轴的联接，以传递运动和转矩，也可用作安全装置。大致有以下类型：以传递运动和转矩，也可用作安全装置。大致有以下类型：w 联轴器用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机联轴器用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机w 器停车时才可使两轴分离；器停车时才可使两轴分离；w 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w 可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向；w 安全联轴器与
4、离合器机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开安全联轴器与离合器机器工作时，若转矩超过规定值，即可自行断开w 或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；或打滑，以保证机器中的主要零件不因过载而损坏；w 特殊功用的联轴器与离合器用于某些特殊要求处，如：在一定的回转特殊功用的联轴器与离合器用于某些特殊要求处，如：在一定的回转w 方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等；方向或达到一定转速时，联轴器或离合器即可自动接合或分离等；联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑：传递转联轴器和离合器种类繁多，在选用标准件或自行设计时应考虑：传递转矩大小、转速高低、扭转刚度变
5、化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。矩大小、转速高低、扭转刚度变化、体积大小、缓冲吸振能力等因素。第一节第一节 联轴器和离合器概述联轴器和离合器概述机械设计机械设计20072007第二节第二节 联轴器的种类和特性联轴器的种类和特性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，而存在着某种程度的相对位移。变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而存在着某种程度的相对位移。xyxy轴向位移x径向位移y角位移综合位移x、y、一、联轴器所联两轴的相对位移一、联轴器所联两轴的相对位移 w这就要求设
6、计联轴器时，从结构上采取措施，使之能够适应一定范围的这就要求设计联轴器时，从结构上采取措施，使之能够适应一定范围的相对位移。相对位移。机械设计机械设计20072007被联接两轴间的各种相对位移无补偿能力，故对两轴对中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。器的结构比较简单。二、联轴器的分类二、联轴器的分类w 刚性联轴器刚性联轴器w 挠性联轴器挠性联轴器w 无弹性元件挠性联轴器：联轴器具有挠性，可补偿两轴的相对位移。无弹性元件挠性联轴器：联
7、轴器具有挠性，可补偿两轴的相对位移。 但因无弹性元件，故不能缓冲减振。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。w 有弹性元件挠性联轴器：因联轴器中装有弹性元件，不仅可以补偿有弹性元件挠性联轴器：因联轴器中装有弹性元件，不仅可以补偿w 两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄w的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴器的品种多，应的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴器的品种多，应w用广泛。用广泛。对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：对被联接两轴间的各种相对位移有补偿能力，进一步分为：第三节第三节 联轴
8、器的种类和特性联轴器的种类和特性机械设计机械设计20072007刚性联轴器刚性联轴器凸缘联轴器凸缘联轴器套筒联轴器套筒联轴器夹壳联轴器夹壳联轴器机械设计机械设计20072007无弹性元件挠性联轴器无弹性元件挠性联轴器十字滑块联轴器十字滑块联轴器滑块联轴器滑块联轴器万向联轴器万向联轴器齿式联轴器齿式联轴器滚子链联轴器滚子链联轴器 机械设计机械设计20072007有弹性元件挠性联轴器有弹性元件挠性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梅花形弹性联轴器器轮胎联轴器轮胎联轴器膜片联轴器膜片联轴器星形弹性联轴器星形弹性联轴器 机械设计机械设计20072007第三
9、节第三节 联轴器的选择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：轴器，选用的基本步骤为：选择联轴器的类型选择联轴器的类型计算联轴器的计算转矩计算联轴器的计算转矩进行必要的承载能力校核进行必要的承载能力校核规定部件相应的安装精度规定部件相应的安装精度协调轴孔直径协调轴孔直径校核最大转矩校核最大转矩确定联轴器的型号确定联轴器的型号 机械设计机械设计20072007选择联轴器的类型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，结合应全面了解工作载荷的大小和性质、转
10、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。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。w低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；w低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器；低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器；w传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器；传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器；w对于高速、有振动和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器；对于高速、有振动和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器；w轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器；轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器；w有安全保护要求的轴，选用
11、安全联轴器。有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。 计算联轴器的计算转矩计算联轴器的计算转矩TKTAcaKA为工作情况系数。为工作情况系数。T为联轴器所传递的公称转矩。为联轴器所传递的公称转矩。 机械设计机械设计20072007规定部件相应的安装精度规定部件相应的安装精度进行必要的校核进行必要的校核确定联轴器的型号确定联轴器的型号按按Tca T，由联轴器标准确定联轴器型号，由联轴器标准确定联轴器型号，T为联轴器的许用转矩。为联轴器的许用转矩。校核最大转速校核最大转速被联接轴的转速被联接轴的转速n，不应超过联轴器许用的最高转速，不应超过联轴器许用的最高转速nmax，即：，即：nnmax协调轴孔直径
12、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。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。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。进行承载能力校核，如对非金属元
13、件的许用温度校核等。 机械设计机械设计20072007一、离合器的分类一、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。动部分可分离可接合。第四节第四节 离合器离合器w 按其工作原理可分为嵌入式、摩擦式两类；按其工作原理可分为嵌入式、摩擦式两类；w 按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类；按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类；w 按操纵方式分有机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器等；按操纵方式分有机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器等；w 可自
14、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w 在特定条件下，自动地接合或分离。在特定条件下，自动地接合或分离。二、对离合器的基本要求二、对离合器的基本要求w 分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；w 结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；w 接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；w 操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。操纵方便省
15、力，制造容易，调整维修方便。机械设计机械设计20072007三、离合器的选用三、离合器的选用嵌入式离合器的结构简单，外形尺寸较小，两轴间的联接无相对运动，嵌入式离合器的结构简单，外形尺寸较小，两轴间的联接无相对运动，一般适用于低速接合，转矩不大的场合；一般适用于低速接合，转矩不大的场合；摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分离；接合过程平稳，摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分离；接合过程平稳，冲击振动较小；可有过载保护作用。但尺寸较大，在接合或分离过程中要产冲击振动较小；可有过载保护作用。但尺寸较大，在接合或分离过程中要产生滑动摩擦，故发热量大，磨损也较大。生滑动摩擦，故发热量
16、大，磨损也较大。电磁摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力，电磁摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力，因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。牙嵌离台器牙嵌离台器单圆盘摩擦离合器单圆盘摩擦离合器多圆盘摩擦离合器多圆盘摩擦离合器二、离合器简介二、离合器简介电磁摩擦离合器电磁摩擦离合器 机械设计机械设计20072007第五节第五节 安全联轴器及安全离合器安全联轴器及安全离合器作用：当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，联接件将发生折断、脱开或作用：当工作转矩超过机器允许的极限转矩时，联接件将发生折断、脱开或 打滑，从而使从
17、动轴自动停止转动，以保护机器中的重要零件不致损打滑，从而使从动轴自动停止转动，以保护机器中的重要零件不致损坏。坏。一、剪切销安全联轴器一、剪切销安全联轴器区分：安全联轴器区分：安全联轴器断开联接后不能自动恢复工作能力，用于很少过载处；断开联接后不能自动恢复工作能力，用于很少过载处； 安全离合器安全离合器断开联接后能够自动恢复工作能力，用于经常过载处；断开联接后能够自动恢复工作能力，用于经常过载处；双剪式双剪式销钉装在经过淬火的钢套内，过载时即被剪断。销钉装在经过淬火的钢套内，过载时即被剪断。单剪式单剪式 机械设计机械设计20072007转动方向二、滚珠安全离合器二、滚珠安全离合器主动齿轮传来的
18、转矩通过滚珠、从动盘、外套筒而传给从动轴。当转矩主动齿轮传来的转矩通过滚珠、从动盘、外套筒而传给从动轴。当转矩超过许用值时，弹簧被过大的轴向分力压缩，使从动盘向右移动，原来交错超过许用值时，弹簧被过大的轴向分力压缩，使从动盘向右移动，原来交错压紧的滚珠因被放松而相互滑动，此时主动齿轮空转，从动轴即停止转动。压紧的滚珠因被放松而相互滑动，此时主动齿轮空转，从动轴即停止转动。当载荷恢复正常时，又可重新传递转矩。弹簧压力的大小可用螺母来调节。当载荷恢复正常时，又可重新传递转矩。弹簧压力的大小可用螺母来调节。 从动盘 外套筒 弹簧 调节螺母主动齿轮机械设计机械设计20072007特殊特殊1第六节第六节
19、 特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器一、定向离合器一、定向离合器爪轮套筒滚柱弹簧顶杆当爪轮为主动轮并作顺时针回转时，当爪轮为主动轮并作顺时针回转时，滚柱将被摩擦力转动而滚向空隙的收缩部滚柱将被摩擦力转动而滚向空隙的收缩部分，并楔紧在爪轮和套筒间，使套筒随爪分，并楔紧在爪轮和套筒间，使套筒随爪轮一同回转，离合器即进入接合状态。轮一同回转，离合器即进入接合状态。当爪轮反向回转时，滚柱即被滚到空当爪轮反向回转时，滚柱即被滚到空隙的宽敞部分，这时离合器即处于分离状隙的宽敞部分，这时离合器即处于分离状态。因而定向离合器只能传递单方向的转态。因而定向离合器只能传递单方向的
20、转矩，可在机械中用来防止逆转及完成单向矩，可在机械中用来防止逆转及完成单向传动。传动。 机械设计机械设计20072007二、离心离合器二、离心离合器如图所示为开式离心离合器的工作原理图，在两个拉伸螺旋弹簧的如图所示为开式离心离合器的工作原理图，在两个拉伸螺旋弹簧的弹力作用下，主动部分的一对闸块与从动部分的鼓轮脱开；当转速达到弹力作用下，主动部分的一对闸块与从动部分的鼓轮脱开；当转速达到某一数值后，离心力增加到能克服弹簧拉力时，便使闸块绕其支点向外某一数值后，离心力增加到能克服弹簧拉力时，便使闸块绕其支点向外摆动与从动鼓轮压紧，离合器即进入接合状态。当接合面上产生的摩擦摆动与从动鼓轮压紧，离合器
21、即进入接合状态。当接合面上产生的摩擦力矩足够大时，主、从动轴即一起转动力矩足够大时，主、从动轴即一起转动 机械设计机械设计20072007三、电磁粉末离合器三、电磁粉末离合器如图所示为电磁粉末离合器的原理图。金如图所示为电磁粉末离合器的原理图。金属外筒为从动件，嵌有环形励磁线圈的电磁铁属外筒为从动件，嵌有环形励磁线圈的电磁铁与主动轴联接，金属外筒与电磁铁间留有少量与主动轴联接，金属外筒与电磁铁间留有少量间隙，内装适量的铁和石墨粉末。间隙，内装适量的铁和石墨粉末。当励磁线圈中无电流时，散砂似的粉末不当励磁线圈中无电流时，散砂似的粉末不阻碍主、从动件之间的相对运动，离合器处于阻碍主、从动件之间的相
22、对运动，离合器处于分离状态；分离状态；当通入电流时，电磁粉末即在磁场作用下当通入电流时，电磁粉末即在磁场作用下被吸引而聚集，从而将主、从动件联系起来，被吸引而聚集，从而将主、从动件联系起来，离合器即接合。离合器即接合。这种离合器在过载滑动时，会产生高温。这种离合器在过载滑动时，会产生高温。当温度超过电磁粉末的居里点时，则磁性消失，当温度超过电磁粉末的居里点时，则磁性消失，离合器即分离，从而可以起到保安的作用。离合器即分离，从而可以起到保安的作用。金属外筒铁和石墨粉励磁线圈电磁铁 机械设计机械设计20072007本章思考题本章思考题1.试比较刚性联轴器、无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联
23、试比较刚性联轴器、无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器各有何优缺点轴器各有何优缺点?各适用于什么场合各适用于什么场合?2. 联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器的区别联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器的区别?应用的应用的场合场合?3.十字轴万向联轴器适用于什么场合十字轴万向联轴器适用于什么场合?为何常成对使用为何常成对使用?在成对使用时如在成对使用时如何布置才能使主、从动轴的角速度随时相等何布置才能使主、从动轴的角速度随时相等?4. 在联轴器和离合器设计计算中，引人工作情况系数在联轴器和离合器设计计算中，引人工作情况系数KA是为了考虑哪是为了考虑哪些因素的影响？些因素的影响？5.选择联轴器类型时，应当考虑哪几方面的因素选择联轴器类型时，应当考虑哪几方面的因素?6.牙嵌离合器和摩擦式离合器各有何优缺点牙嵌离合器和摩擦式离合器各有何优缺点?各适用于什么场合各适用于什么场合?7.多盘摩擦离合器的许用压力多盘摩擦离合器的许用压力p与哪些因素有关与哪些因素有关?为什么为什么?
