机械设计基础 第2版 教学课件 ppt 作者 柴鹏飞 4 第13章 联轴器、离合器及制动器

1、第13章 联轴器、离合器及制动器,1）了解联轴器、离合器与制动器的功用及类型。 2）联轴器选择的能力能力。,教 学 要 求,能力目标,知识要素,1）联轴器的类型、结构和特点。 2）联轴器的选择。 3）离合器的类型、结构和特点。 4）制动器的类型、结构和应用场合。,卷扬机,引 言,常用工作机械多由原动装置、传动装置和执行装置等组成，每种装置之间需要互相连接起来，联轴器就是用来连接这些装置的重要零件，如图所示。 此外，机械运行中还用到离合器与制动器。 本章主要介绍联轴器、离合器与制动器的类型、应用场合及选择。,联轴器与离合器及制动器,联轴器和离合器都是用来联接两轴，使之一起转动并传递转矩的装置。 联轴器与离合器的区别是： 联轴器只有在机器停止运转后将其拆卸，才能使两轴分离； 离合器则可以在机器的运转过程中进行分离或接合。 制动器是用来迫使机器迅速停止运转或降低机器运转速度的机械装置。,联 轴 器,将套筒与被连接两轴的轴端分别用键（或销钉）固定联成一体，即成为套筒联轴器。常用于要求径向尺寸小的场合。 单键连接的套筒联轴器可用于传递较大转矩的场合,如右上图 所示；若用销钉连接，如右下图所示，则

2、常用于传递较小转矩的场合，或用作剪销式安全联轴器。,键连接套筒联轴器,销钉连接套筒联轴器,联 轴 器,1.固定式刚性联轴器,1）套筒联轴器,联 轴 器,如右图所示，凸缘联轴器由两个半联轴器及连接螺栓组成。凸缘联轴器结构简单，成本低，但不能补偿两轴线可能出现的径向位移和偏角位移，故多用于转速较低、载荷平稳、两轴线对中性较好的场合。,凸缘联轴器,2）凸缘联轴器,3）链条联轴器,联 轴 器,链条联轴器,如右图所示，链条联轴器是利用公用的链条，同时与两个齿数相同的并列链轮啮合，常见的有双排滚子链联轴器、齿形链联轴器等。 链条联轴器具有结构简单、装拆方便、拆卸时不用移动被连接的两轴、尺寸紧凑、质量轻、有一定补偿能力、对安装精度要求不高、工作可靠、寿命较长、成本较低等优点。,联 轴 器,十字滑块联轴器,如右图所示，十字滑块联轴器由两个带有凹槽的半联轴器和两端面都有榫的中间圆盘组成。圆盘两面的榫位于互相垂直的两条直径方向上，可以分别嵌入半联轴器相应的凹槽中。 十字滑块联轴器允许两轴有一定的径向位移。,分体图,组合图,实物图,2.可移式刚性联轴器,1）十字滑块联轴器,点击播放动画,联 轴 器,如右图所

3、示，它是由两个具有外齿环的半内套筒轴和两个具有内齿环的凸缘外壳组成的半联轴器通过内、外齿的相互啮合而相联。两凸缘外壳用螺栓联成一体，两齿轮联轴器内、外齿环的轮齿间留有较大的齿侧间隙，外齿轮的齿顶做成球面，球面中心位于轴线上，故能补偿两轴的综合位移。齿环上常用压力角为 20的渐开线齿廓，齿的形状有直齿和鼓形齿，后者称为鼓形齿联轴器。,齿轮联轴器,实物图,结构图,2）齿轮联轴器,联 轴 器,万向联轴器,如右图所示，万向联轴器由两个轴叉分别与中间的十字轴以铰链相联。单个万向联轴器工作时，会引起冲击和扭转振动。为避免这种情况，保证从动轴和主动轴均以同一角速度等速回转，应采用双万向联轴器，如右下图所示，并满足中间轴与主、从动轴间夹角相等，及中间轴两端轴叉应位于同一平面内。,3）万向联轴器,双万向联轴器,结构图,实物图,点击播放1,点击播放2,点击播放3,联 轴 器,蛇形弹簧联轴器,蛇形弹簧联轴器 如下图所示，是一种结构先进的金属弹性联轴器，它靠蛇形弹簧片将两轴连接并传递扭矩。蛇形弹簧联轴器减振性好，使用寿命长。允许有较大的安装偏差，由于弹簧片与齿弧面是点接触的，所以使联轴器能获得较大的挠性。它能

4、被安装在同时有径向、角向、轴向的偏差情况下正常工作。,3.金属弹性元件联轴器,结构图,实物图,联 轴 器,梅花形弹性联轴器,1）梅花形弹性联轴器 如下图所示，梅花形弹性联轴器主要由两个带凸齿的半联轴器和弹性元件组成，靠半联轴器和弹性元件的密切啮合并承受径向挤压以传递扭矩，当两轴线有相对偏移时，弹性元件发生相应的弹性变形，起到自动补偿作用。梅花形弹性联轴器主要适用于起动频繁、正反转、中高速、中等扭矩和要求高可靠性的工作场合。,4.非金属弹性元件联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性套柱销联轴器的结构与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性圈的柱销代替了连接螺栓，故能吸振。安装时应留有一定的间隙。以补偿较大的轴向位移，其允许轴向位移量 x26mm，允许径向位移量 y0.3 0.6mm，允许角偏移量 1。弹性套柱销联轴器结构简单，价格便宜，安装方便，适用于转速较高、有振动和经常正反转、起动频繁的场合，如电机与机器轴之间的连接就常选用这种联轴器。,2）弹性套柱销联轴器,联 轴 器,弹性柱销联轴器,弹性柱销联轴器的结构如右图所示，它采用尼龙柱销 1 将两半联轴器连接起来，为防止柱销滑出，两侧装有挡板 2 。其特

5、点及应用情况与弹性套柱销联轴器相似，而且结构更为简单，维修安装方便，传递转矩的能力很大，但外形尺寸和转动惯量较大。,联 轴 器,3）弹性柱销联轴器,联轴器的选择包括联轴器的类型选择和尺寸型号的选择。 联轴器的种类很多，常用的大多已标准化或系列化。设计时，可根据工作条件、轴的直径、计算转矩、工作转速、位移量以及工作温度等，从标准中选择联轴器的类型和尺寸型号，必要时可对其中某些零件进行强度验算。 在选择和校核联轴器时，考虑到机械运转速度变动时（如起动、制动）的惯性力和工作过程中过载等因素的影响，应将联轴器传递的名义转矩适当增大，即按计算转矩进行联轴器的选择和校核。,联 轴 器,联轴器的选择,根据工作原理不同，离合器可分为牙嵌式和摩擦式两类，它们分别用牙（齿）的啮合和工作表面的摩擦力来传递转矩。离合器还可按控制离合的方法不同，分为操纵式和自动式两类。下面介绍几种典型的离合器。,离 合 器,牙嵌离合器,如右图所示，它主要由端面带牙的两个半离合器组成，通过啮合的齿来传递转矩。其中半离合器 1 固装在主动轴上，而半离合器 2 则利用导向平键安装在从动轴上，沿轴线移动。工作时，利用操纵杆（图中未画出

6、）带动滑环 ，使半离合器 2 作轴向移动，从而实现离合器的接合或分离。 牙嵌离合器结构简单，尺寸小，工作时无滑动，并能传递较大的转矩，故应用较多，其缺点是运转中接合时有冲击和噪声，必须在两轴转速差很小或停车时进行接合或分离。,离 合 器,1.牙嵌式离合器,摩擦离合器可分为单盘式、多盘式和圆锥式三类，这里只简单介绍前两种。 1）单盘式摩擦离合器 如右图所示，单盘式摩擦离合器是由两个半离合器(摩擦盘) 组成。工作时两离合器相互压紧，靠接触面间产生的摩擦力来传递转矩。,离 合 器,2.摩擦离合器,单盘式摩擦离合器,如右图所示，多盘式摩擦离合器是由外摩擦片 、内摩擦片 和主动轴套筒、从动轴套筒组成。 多盘式离合器的优点是径向尺寸小而承载能力大，连接平稳，因此适用的载荷范围大，应用较广。,离 合 器,2）多盘式摩擦离合器,多盘式摩擦离合器,与牙嵌式离合器比较，摩擦离合器的优点是： 1）可以在被连接两轴转速相差较大时接合； 2）接合和分离的过程较平稳，可以用改变摩擦面上压紧力大小的方法调节从动轴的加速过程； 3）过载时的打滑可避免其他零件损坏。 由于上述优点，故摩擦离合器应用较广。 其缺点是： 1

7、）结构较复杂，成本较高； 2）当产生滑动时，不能保证被连接两轴精确地同步转动。 除常用的操纵式离合器外，还有自动式离合器。自动式离合器有控制转矩的安全离合器，有控制旋转方向的定向离合器，有根据转速的变化自动离合的离心式离合器。,离 合 器,制 动 器,制动器一般是利用摩擦力来降低物体的速度或停止其运动的。按制动零件的结构特征，制动器可分为外抱块式、内涨蹄式、带式等。 各种制动器的构造和性能必须满足以下要求： 1）能产生足够的制动力矩。 2）松闸与合闸迅速，制动平稳。 3）构造简单，外形紧凑。 4）制动器的零件有足够的强度和刚度，而制动器摩擦带要有较高的耐磨性和耐热性。 5）调整和维修方便。,1.制动器的功用和类型,（1）外抱块式制动器 外抱块制动器，一般又称为块式制动器。图 13-17 为外抱块式制动器示意图。主弹簧通过制动臂使闸瓦块压紧在制动轮上，使制动器经常处于闭合（制动）状态。当松闸器通入电流时，利用电磁作用把顶柱顶起，通过推杆推动制动臂，使闸瓦块与制动器松,制 动 器,2.几种典型的制动器,脱。瓦块的材料可用铸铁，也可在铸铁上覆以皮革或石棉带，瓦块磨损时可调节推杆的长度。上述通

8、电时松闸，断电时制动的过程，称为常闭式。常闭式比较安全，因此在起重运输机械等设备中应用较广。松闸器亦可设计成通电时制动，断电时松闸，则成为常开式。常开式制动器适用于车辆的制动。,电磁外抱块式制动器制动和开启迅速，尺寸小，重量轻，易于调整瓦块间隙，更换瓦块和电磁铁也很方便。但制动时冲击大，电能消耗也大，不宜用于制动力矩大和需要频繁起动的场合。 电磁外抱块式制动器已有标准，可按标准规定的方法选用。,制 动 器,（2）内涨蹄式制动器 图 13 -18 所示为内涨蹄式制动器工作简图。两个制动蹄分别通过两个销轴与机架铰接，,制 动 器,制动蹄表面装有摩擦片，制动轮与需制动的轴固联。当压力油进入双向作用的泵后，推动左右两个活塞，克服弹簧的作用使制动蹄压紧制动轮，从而使制动轮（或轴）制动。油路卸压后，弹簧的拉力使两制动蹄与制动轮分离而松闸。这种制动器结构紧凑，广泛应用于各种车辆以及结构尺寸受限制的机械中。,解题分析：为了减小冲击与振动及安装方便，选用弹性套柱销联轴器。联轴器的计算转矩可按下式计算 Tc=KT1 式中 T1 名义转矩（Nm); Tc 计算转矩（Nm); K工作情况系数，见表 13 -1

9、 。,实例一 有一螺旋输送机（图 13 -19 ) ，由电动机通过齿轮减速器、开式锥齿轮传动来驱动螺旋输送机工作。已知电动机功率 P1= 5.5kw ，转速 n1= 960r / min ，轴端直径 d1= 38mm ，轴端长度 L1= 80mm 。减速器输人轴的轴端直径 d2 = 32mm ，轴端长度 L 2 = 58mm 。试选择减速器与电动机之间的联轴器。,实 例 分 析,1）计算转矩。高速轴传递的名义转矩 T1= 9550P1/ n1 = 9550 5.5/ 960N m = 54.71Nm 查表 13-1 ，取工作情况系数 K = 1.8，计算转矩为 Tc = KT1 = 1.8x 54.71Nm = 98.46Nm,在选择联轴器型号时，应使计算转矩TCTm，Tm为额定转矩（ N m）；工作转速 n n, n为联轴器的许用转速（ r / min ),实 例 分 析,2 ）选择联轴器。根据被连接两轴的转速和计算转矩，查手册可选取弹性柱销联轴器 TL5型，但 TL5型无38mm 的孔，故选取 TL6型，其公称转矩 Tn= 250N m ，许用转速 n= 3300r / min ，轴孔直径有 32mm 和 38mm ，符合全部要求。 根据电动机轴的形状和长度，主动端采用 Y 型轴孔， A 型键槽， d1=38mm , L = 82mm , 根据减速器高速轴的形状和长度，从动端采用： J 型轴孔， A 型键槽， d2=32mm , L= 60mm ，其标记为： TL6联轴器 38 82/ J32 60 GB / T 4323 2002 。,实 例 分 析,知 识 小 结,本 章 结 束,

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