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1、,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 可移动刚性联轴器,17-4 弹性联轴器,17-5 牙嵌式离合器,17-6 摩擦离合器,第17章 联轴器、离合器和制动器,17-7 磁粉离合器,17-8 定向离合器,17-9 制动器,17-1 联轴器、离合器的类型和应用,工作特点：联轴器用于刚性静态联接；而离合器则用 于两轴之间的动态联接。,分类：,弹性联轴器,刚性联轴器,固定式联轴器,移动式联轴器,作用：主要用于将两根轴联接在一起，使它们一起旋 转，并传递扭矩。,联轴器,牙嵌式离合器,离合器,摩擦式离合器,电磁离合器,自动离合器,应用实例：手腕驱动机构、汽车后桥驱动
2、、车辆启停等。,联轴器、离合器大都已经标准化了，可直接选用。,工作条件选类型,转矩 转速 轴径,确定型号与规格,计算转矩：,Tc=KATTn,KA为工作情况系数；,T为名义转矩；,nnp,Tn公称转矩,np许用转速,设计：潘存云,设计：潘存云,17-2 固定式刚性联轴器,结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联 轴器的凸缘联接在一起。,普通凸缘联轴器,绞制孔螺栓,型式：,有对中榫(笋)的凸缘联轴器,普通凸缘联轴器,靠铰制孔螺栓对中。,靠榫头对中。,对中榫,设计：潘存云,制造与安装要求：半联轴器的凸缘端面应与孔的轴线垂直，安装时应使两轴精确对中。,材料：一般用铸铁、当重载或 V30 m/s
3、时，用铸 钢或锻钢 。,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 。,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,两轴线的相对位移: 轴向、径向、角度、综合。,17-3 可移动刚性联轴器,由于制造、安装或工作时零件的变形等原因，被联接的两轴不一定度能精确对中，因此会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和角位移，或其组合。,联接特点：构成动联接，具有一个或几个方向的活动度。 能补偿两轴的相对位移。,如果联轴器没有适应这种相对位移的能力就会在联轴器、轴和轴承中引起附加载荷，甚至引起强烈振动。,设计：潘存云,设计：潘存云,一、齿式联轴器,结
4、构：两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数相同，外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。,功用：能补偿轴不对中和偏斜。,工作范围：正常齿：30 腰鼓齿：3,设计：潘存云,设计：潘存云,优点：传递扭矩大、能补偿综合位移。,缺点：结构笨重、造价高。,应用：用于重型传动。,设计：潘存云,二、滑块联轴器,结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。,工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。,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
5、载荷。,适用范围：30, y0.04d，v300 r/min,设计：潘存云,设计：潘存云,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,设计：潘存云,设计：潘存云,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 vA
6、1 = vA2,设计：潘存云,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,设计：潘存云,设计：潘存云,2.双万向铰链机构,将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。,安装要求,主动、从动、中间三轴共面；,主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹 角应相等；,中间轴两端的叉面应在同一平面内。,为了消除从动轴变速转动的缺点，常,设计：潘存云,设计：潘存云,3. 小型双万向联轴器 结构如图所示，通常
7、采用合金钢制造。,模型演示,设计：潘存云,设计：潘存云,一、弹性套柱销联轴器,17-4 弹性联轴器,结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器。,圆柱孔,圆锥孔,设计：潘存云,二、弹性柱销联轴器,结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。,结构简单、更换柱销方便。,特点：上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。,应用：适用于正反向变化多，启动 频繁的高速轴。,适用范围：-12t60 v8000 r/min,能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移。,两种柱销,设计：潘存云,三、轮胎式弹性联轴器,结构：中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫
8、板与半联 轴器联接。,特点：结构简单、易于变形。允 许较大的综合hdv x位移。,应用：适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、有较大轴向位移、潮湿多尘的场合。,适用范围： 512， x0.02D y0.01D， n5000 r/min,设计：潘存云,17-5 牙嵌式离合器,结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。,固定套筒,活动套筒,滑环,对中环,工作原理： 利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。,牙型,三角形,梯 形,锯齿形,传递中小转矩、牙数为1660,梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。,锯齿形只能单向工作。反转时具有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。,制造要求：各牙应
9、精确等分，以使载荷均匀分布。,特点：结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。,材料： 低碳合金钢：20Cr 、 20MnB。 渗碳淬火后牙面硬度：5662 HRC;,中碳合金钢：40Cr 、 45MnB。 表面淬火后牙面硬度：4858 HRC;,承载能力：取决于齿根的弯曲强度:,W-齿根弯曲截面系数；D0-牙平均直径；a-牙的宽度。,式中：h为牙齿高度；z为牙齿数；,设计：潘存云,17-6 摩擦离合器,一、单片式圆盘摩擦离合器,摩擦扭矩: Tmax=Fa f Rf,结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。,工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦力带动从动轴转动。,缺点：结合过程
10、中不可避免出现打滑，引起磨损和发热；,2.过载时打滑，起保护作用；,3.结合平稳、冲击和振动小。,优点： 1.在任何转速条件下两轴都可以进行结合；,设计：潘存云,工作原理：移动滑环，通过杠杆作用，压紧或放松磨擦片，来实现两轴的结合与分离。,二、多片式圆盘摩擦离合器,结构特点： 多个摩擦片叠加在一起；,摩擦片材料：淬火钢片、压制石棉片。,摩擦片数量z,传递扭矩T ,但z过大将使各层间压力不均匀，一般取: z=1215,摩擦扭矩:,Tmax= z Fa f Rf, KA T,表面压强:,p,对于频繁启动的离合器，可将表中p降低1530%。,类型,反应敏捷，但摩擦片易磨损。,油式磨擦离合器,干式磨擦
11、离合器,磨损轻微、寿命长、并能 在繁重的条件下运转。,设计：潘存云,设计：潘存云,离合器的操纵方式,机械力,电磁力,气动力,液压力,三、圆锥式摩擦离合器,结构：锥台表面为摩擦接触面。,优点：由于采用了槽面摩擦原理，因此只需要很小的操纵力即能使离合器传递较大的转矩。,缺点： 径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。,设计：潘存云,17-7 磁粉离合器,结构：由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。,工作原理：通电后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传递转矩。,磁粉性能要求： 导磁率高、剩磁小、流动性好、耐磨、耐热、不烧结性。,输入,磁粉材料： 铁钴镍、铁钴钒等
12、合金粉，加入少量二硫化钼。,形状为球形或椭球形，颗粒直径为：2070 m。,优点： 1）励磁电流 I 与转矩T呈线性关系、转矩调节简单而 且精确，调节范围宽。,2) 可用作恒张力控制，是造纸机、纺织机、印刷机、 绕线机等的理想装置。,3) 若将主动件固定，则可作制动器使用。,缺点：相对而言比较笨重。,4) 操纵方便、离合平稳、工作可靠。,设计：潘存云,当外环反向转动时，则带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞位置，离合器处于分离状态。,结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。,工作原理： 当外环逆时钟转动时，以摩擦力带动滚柱向前滚动，进一步楔紧内外接触面，从而驱动星轮一起旋转。,一、滚柱
13、式定向离合器,17-8 定向离合器,滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。,设计：潘存云,结构：由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。,二、楔块式定向离合器,优点：楔块曲率半径大，装入数量多，相同尺寸时传递的转矩更大。,缺点：高速运转时有较大磨损，寿命较短。,工作原理： 内外环工作面都为圆形，整圈拉簧压着楔块始终与内环接触，并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆。当外环顺时钟方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时钟方向摆动，从而在内外环间越楔越紧，离合器处于结合状态。反向时斜块松开而成分离状态。,设计：潘存云,17-9 制 动 器,结构：由瓦块、制动轮等零件组成。,工作原理：通电松开，断电后靠弹簧
14、拉力实现制动。 借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断电制动是为了保证设备安全。,作用：降低机械运转速度或停止运转的装置。,应用：车辆、起重机械等。,一、块式制动器,设计：潘存云,设计：潘存云,制动力矩的计算：,FN =0.95FH/h,0.95-摩擦损耗的系数 杠杆连接处,制动力矩： T= FN f D,瓦块材料：铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。,特点：结构简单、紧凑。,二、带式制动器,瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动力矩选型。,工作原理 在外力的作用下，闸带收紧抱住制动轮实现制动。,设计：潘存云,计算：,Ft = F1 F2,F1 =F2e f,圆周力,拉力,由欧拉公式得,制动力,为了增加摩擦，钢带复以石棉或夹铁纱帆布。,闸带的包角；,