機(jī)械設(shè)計(jì)教程第3版機(jī)械工業(yè)出版社第十一章聯(lián)軸器和離合器第一節(jié)聯(lián)軸器

第二節(jié)離合器

第一節(jié)聯(lián)軸器

一、聯(lián)軸器的特性及分類(lèi)由于制造、安裝的誤差,以及工作中零部件的變形,用聯(lián)軸器連接的兩軸軸線之間會(huì)存在相對(duì)位置誤差如圖11-1所示。這種誤差可以分為軸向誤差(圖11-1a)、徑向誤差(圖11-1b)、角度誤差(圖11-1c)和綜合誤差(圖11-1d)。具有自動(dòng)補(bǔ)償被連接兩軸軸線相對(duì)位置誤差能力的聯(lián)軸器稱(chēng)為撓性聯(lián)軸器,不具有自動(dòng)補(bǔ)償能力的聯(lián)軸器稱(chēng)為剛性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器按照其補(bǔ)償方法可分為有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器依靠聯(lián)軸器中的彈性元件的變形實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償,無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器則依靠聯(lián)軸器中不同零件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器按照彈性元件的材料可以分為金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器和非金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器。第一節(jié)聯(lián)軸器

一、聯(lián)軸器的特性及分類(lèi)圖11-1聯(lián)軸器所連接兩軸的位置誤差第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(一)剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器不具有自動(dòng)補(bǔ)償被連接兩軸軸線相對(duì)位置誤差的能力,要求所連接的兩軸具有較高的位置精度和剛度。剛性聯(lián)軸器具有較高的承載能力。常用的剛性聯(lián)軸器有套筒聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器和夾殼聯(lián)軸器。1.套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器連接結(jié)構(gòu)如圖11-2所示,它通過(guò)聯(lián)軸套連接兩軸,所連接兩軸的直徑可以相同,也可以不相同,聯(lián)軸套與軸之間可以通過(guò)銷(xiāo)連接傳遞轉(zhuǎn)矩,也可以通過(guò)鍵連接或花鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩。套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,成本低,占用徑向尺寸小;但是裝配和拆卸都不方便。套筒聯(lián)軸器適用于低速、輕載、工作平穩(wěn)的連接。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(一)剛性聯(lián)軸器圖11-2套筒聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(一)剛性聯(lián)軸器2.凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器由兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器組成。兩個(gè)半聯(lián)軸器分別安裝在兩個(gè)被連接的軸端,半聯(lián)軸器與軸通過(guò)軸轂連接傳遞轉(zhuǎn)矩。兩個(gè)半聯(lián)軸器之間通過(guò)螺栓連接傳遞轉(zhuǎn)矩,根據(jù)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小,可采用普通螺栓連接,也可以采用加強(qiáng)桿螺栓連接。兩個(gè)半聯(lián)軸器之間可以通過(guò)加強(qiáng)桿螺栓連接定心,如圖11-3a所示;也可以用對(duì)中榫定心,如圖11-3b所示;還可以通過(guò)對(duì)中環(huán)定心,如圖11-3c所示。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造和使用都較方便,工作可靠,承載能力大,適用于高速、載荷平穩(wěn)、兩軸具有較高位置精度和剛度的場(chǎng)合。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(一)剛性聯(lián)軸器圖11-3凸緣聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器1.無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器依靠聯(lián)軸器中不同零件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償兩軸軸線之間的位置誤差,通常需要在良好的潤(rùn)滑和密封條件下工作,不具有緩解載荷沖擊的能力。常用的類(lèi)型有滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、萬(wàn)向聯(lián)軸器和鏈條聯(lián)軸器等。(1)滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器如圖11-4所示,兩個(gè)半聯(lián)軸器端部開(kāi)有滑槽,中間滑塊兩端榫塊斷面形狀為矩形,矩形寬度與半聯(lián)軸器端部滑槽寬度相等,滑塊同時(shí)嵌入兩個(gè)半聯(lián)軸器的滑槽中,通過(guò)滑塊與半聯(lián)軸器滑槽之間的相對(duì)滑動(dòng),滑塊聯(lián)軸器可以補(bǔ)償所連接兩軸之間的徑向位置誤差。滑塊聯(lián)軸器工作中有噪聲、傳動(dòng)效率低、滑塊磨損較快,常用于低速、無(wú)沖擊載荷的場(chǎng)合。(2)齒式聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器通過(guò)齒數(shù)相同的內(nèi)、外齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩,同時(shí)承載的齒數(shù)多,承載能力大,徑向尺寸小,但成本較高。齒式聯(lián)軸器具有綜合誤差補(bǔ)償能力,如圖11-5所示。為提高補(bǔ)償能力,通常將輪齒沿軸向修成球面,球心在軸線上,將齒面沿軸向修成鼓形,齒側(cè)留有較大的間隙。齒式聯(lián)軸器需要在良好的潤(rùn)滑與密封條件下工作。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器1.無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器圖11-4滑塊聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器1.無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器圖11-5齒式聯(lián)軸器誤差補(bǔ)償a)軸向誤差補(bǔ)償b)角度誤差補(bǔ)償c)綜合誤差補(bǔ)償?shù)谝还?jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器有彈性元件的撓性聯(lián)軸器通過(guò)內(nèi)部彈性元件的變形,除可補(bǔ)償被連接兩軸軸線相對(duì)位置誤差以外,還具有緩解沖擊載荷、吸收振動(dòng)的作用。聯(lián)軸器中的彈性元件可以是金屬材料,也可以是非金屬材料。(1)彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器如圖11-6所示,由兩個(gè)半聯(lián)軸器和多組帶有彈性套的柱銷(xiāo)(彈性元件)組成,形狀與凸緣聯(lián)軸器相近,將帶有彈性套的柱銷(xiāo)裝入半聯(lián)軸器的凸緣孔中,通過(guò)柱銷(xiāo)在兩個(gè)半聯(lián)軸器之間傳遞轉(zhuǎn)矩。彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造和使用都很方便,成本低,但是彈性元件工作壽命短,承載能力小。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)為更換彈性套留出必要的空間。第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器圖11-6彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(2)彈性柱銷(xiāo)齒式聯(lián)軸器彈性柱銷(xiāo)齒式聯(lián)軸器(圖11-7)將尼龍柱銷(xiāo)置于兩個(gè)半聯(lián)軸器與聯(lián)軸器外套之間,通過(guò)柱銷(xiāo)的剪切,在半聯(lián)軸器外表面的圓弧槽與聯(lián)軸器外套內(nèi)表面圓弧槽之間傳遞轉(zhuǎn)矩。為防止柱銷(xiāo)沿軸向脫落,在外套兩端設(shè)有擋板。彈性柱銷(xiāo)齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造和使用方便,工作壽命長(zhǎng),使用中不需要采取專(zhuān)門(mén)的潤(rùn)滑和密封措施,成本低,承載能力強(qiáng)。由于彈性零件的剛性較大,減振效果較差,工作中有噪聲。圖11-7彈性柱銷(xiāo)齒式聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(3)梅花形彈性聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器(圖11-8)由兩個(gè)形狀相同的、端部帶有凸爪的半聯(lián)軸器和梅花形彈性元件組成。梅花形彈性元件置于兩個(gè)半聯(lián)軸器的凸爪之間,通過(guò)凸爪與彈性元件之間的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。梅花形彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,零件數(shù)量少,結(jié)構(gòu)尺寸小,不需潤(rùn)滑,承載能力較高,但是更換彈性元件時(shí)需要將半聯(lián)軸器沿軸向移動(dòng)。圖11-8梅花形彈性聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(4)蛇形彈簧聯(lián)軸器蛇形彈簧聯(lián)軸器(圖11-9)將蛇形彈簧嵌在兩個(gè)半聯(lián)軸器凸緣的齒間,通過(guò)蛇形彈簧在兩個(gè)半聯(lián)軸器之間傳遞轉(zhuǎn)矩。蛇形彈簧用金屬材料制造,承載能力大,工作壽命長(zhǎng),通過(guò)改變與彈簧接觸的齒面形狀可以得到不同的剛度特性。由于彈簧與齒面接觸點(diǎn)處有相對(duì)滑動(dòng),為改善潤(rùn)滑條件,并防止彈簧因離心力被甩出,需要將聯(lián)軸器的工作空間封閉,并加注潤(rùn)滑油。圖11-9蛇形彈簧聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

二、聯(lián)軸器的類(lèi)型(二)撓性聯(lián)軸器2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器(5)膜片聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器如圖11-10所示,用螺栓連接將多組金屬膜片交錯(cuò)地安裝在兩個(gè)半聯(lián)軸器之間,通過(guò)膜片在兩個(gè)半聯(lián)軸器之間傳遞轉(zhuǎn)矩,通過(guò)膜片的彈性變形實(shí)現(xiàn)對(duì)所連接的兩軸相對(duì)位置誤差的補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法無(wú)工作間隙,無(wú)相對(duì)滑動(dòng),工作無(wú)噪聲,不需要潤(rùn)滑,承載能力大,工作壽命長(zhǎng)。通過(guò)改變每組膜片的數(shù)量,可以改變其承載能力。膜片形狀可以是連桿式,也可以是整片式。圖11-10膜片聯(lián)軸器第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器是常用標(biāo)準(zhǔn)部件,除了有關(guān)于各種類(lèi)型聯(lián)軸器的尺寸、形狀、承載能力、最高轉(zhuǎn)速等內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)外,GB/T12458—2017中還定義了聯(lián)軸器的分類(lèi)方法,GB/T3507—2008中規(guī)定了聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩系列,GB/T3852—2017中規(guī)定了聯(lián)軸器的軸孔和連接形式與尺寸。常用聯(lián)軸器多已標(biāo)準(zhǔn)化,用戶(hù)只需根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品樣本選用。選用聯(lián)軸器包括選擇聯(lián)軸器的類(lèi)型、尺寸(型號(hào))及聯(lián)軸器與軸的連接方式。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用1.聯(lián)軸器的類(lèi)型選擇不同類(lèi)型聯(lián)軸器的工作性能差異很大,選擇聯(lián)軸器的類(lèi)型應(yīng)綜合考慮工作條件對(duì)聯(lián)軸器各方面工作性能的要求,合理選用。原動(dòng)機(jī)的種類(lèi)和工作機(jī)的載荷性質(zhì)是選擇聯(lián)軸器類(lèi)型的重要依據(jù),電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速平穩(wěn),而內(nèi)燃機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速波動(dòng)隨內(nèi)燃機(jī)缸數(shù)的減少而加劇;工作機(jī)如有較大的沖擊、振動(dòng)、載荷變化較大、頻繁起動(dòng)或頻繁變換傳動(dòng)方向等都會(huì)對(duì)聯(lián)軸器的工作能力有較大影響,應(yīng)選用具有緩沖、減振特性的彈性聯(lián)軸器。如果被聯(lián)軸器連接的兩軸軸線位置精度較高,可以選用剛性聯(lián)軸器;如果由于制造、安裝的誤差,受力后結(jié)構(gòu)的變形及零部件的磨損等原因使軸線位置精度變差,應(yīng)選用具有補(bǔ)償兩軸軸線相對(duì)位移能力的撓性聯(lián)軸器。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用不同類(lèi)型和尺寸的聯(lián)軸器由于材料、結(jié)構(gòu)、徑向尺寸不同,所允許的轉(zhuǎn)速范圍不同,在要求轉(zhuǎn)速較高的情況下除應(yīng)選擇許用轉(zhuǎn)速較高的聯(lián)軸器類(lèi)型外,還應(yīng)對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行動(dòng)平衡。如果工作環(huán)境中具有灰塵、蒸汽或腐蝕性介質(zhì),應(yīng)考慮環(huán)境對(duì)聯(lián)軸器材料的影響。例如在高溫、低溫、有油及酸、堿介質(zhì)的條件下,應(yīng)避免選用橡膠彈性元件的彈性聯(lián)軸器。有些聯(lián)軸器(如彈性柱銷(xiāo)齒式聯(lián)軸器)的工作噪聲較大,對(duì)噪聲有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合不宜選用。不同類(lèi)型的聯(lián)軸器由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不同,所用材料不同,對(duì)加工精度的要求不同,成本差異很大,使用中不應(yīng)盲目選擇性能好、精度高、價(jià)格高的聯(lián)軸器,應(yīng)綜合考慮各方面的要求,選擇最適合需要的聯(lián)軸器。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用2.選擇聯(lián)軸器型號(hào)確定聯(lián)軸器的類(lèi)型后應(yīng)根據(jù)工作能力確定聯(lián)軸器的型號(hào)(尺寸)。JB/T7511—1994中規(guī)定了機(jī)械式聯(lián)軸器的選用計(jì)算方法,下面介紹的方法是對(duì)這一標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)化。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)或相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等可以查詢(xún)各種型號(hào)的聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩[T],如果原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)引起嚴(yán)重的載荷波動(dòng),將對(duì)聯(lián)軸器的工作能力產(chǎn)生較大影響,應(yīng)根據(jù)有關(guān)手冊(cè)推薦的方法對(duì)許用轉(zhuǎn)矩進(jìn)行修正。所確定的聯(lián)軸器型號(hào)應(yīng)保證Tca=KT≤[T](11-1)式中,Tca為聯(lián)軸器需要傳遞的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m);T為聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·m);K為使用系數(shù),見(jiàn)表11-1;[T]為所選擇聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩(N·m)。為保證所選聯(lián)軸器正常工作,在確定聯(lián)軸器型號(hào)時(shí)還應(yīng)保證n≤nmax(11-2)式中,n為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速(r/min);nmax為所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用第一節(jié)聯(lián)軸器

三、聯(lián)軸器的選用3.確定聯(lián)軸器與軸的連接方式同一型號(hào)的聯(lián)軸器一般允許有幾種不同的直徑尺寸系列值可供選用,可以選擇圓柱孔或圓錐孔,同時(shí)可以選用多種不同的軸轂連接方式,具體可參考有關(guān)手冊(cè)或標(biāo)準(zhǔn)。第二節(jié)離合器使用離合器連接的兩軸可以在工作中隨時(shí)結(jié)合或分離,如果這種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要通過(guò)人為操縱實(shí)現(xiàn)則稱(chēng)為操縱式離合器,如果工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換可根據(jù)工況(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等)自動(dòng)完成則稱(chēng)為自動(dòng)式離合器。通過(guò)摩擦力在零件之間傳遞轉(zhuǎn)矩的離合器稱(chēng)為摩擦式離合器,通過(guò)工作表面之間的嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩的離合器稱(chēng)為嚙合式離合器。以下介紹離合器的常用類(lèi)型。第二節(jié)離合器一、操縱式離合器1.單圓盤(pán)式摩擦離合器單圓盤(pán)式摩擦離合器依靠圓盤(pán)表面間的摩擦力在兩個(gè)半離合器之間傳遞轉(zhuǎn)矩,如圖11-11所示的單圓盤(pán)式摩擦離合器只有一對(duì)摩擦表面,通過(guò)移動(dòng)右側(cè)半離合器上的操縱環(huán)可以使離合器結(jié)合或分離。單圓盤(pán)式摩擦離合器在汽車(chē)、摩托車(chē)等車(chē)輛上得到廣泛應(yīng)用。圖11-11單圓盤(pán)式摩擦離合器第二節(jié)離合器一、操縱式離合器2.多盤(pán)式摩擦離合器圖11-12所示為多盤(pán)式摩擦離合器,分別由外側(cè)帶齒的外摩擦盤(pán)和內(nèi)側(cè)帶齒的內(nèi)摩擦盤(pán)交錯(cuò)放置構(gòu)成。外摩擦盤(pán)通過(guò)外齒與外輪轂及左側(cè)軸相連,內(nèi)摩擦盤(pán)通過(guò)內(nèi)齒與套筒及右側(cè)軸相連。當(dāng)滑環(huán)移動(dòng)到左側(cè)(圖示位置)時(shí),壓桿壓緊摩擦盤(pán),使離合器結(jié)合;當(dāng)滑環(huán)移動(dòng)到右側(cè)時(shí),摩擦盤(pán)松開(kāi),離合器分離。多盤(pán)式摩擦離合器在機(jī)床等機(jī)械中應(yīng)用廣泛。圖11-12多盤(pán)式摩擦離合器第二節(jié)離合器二、自動(dòng)式離合器1.牙嵌安全離合器圖11-13所示為一種牙嵌安全離合器,通過(guò)兩個(gè)半離合器端面齒牙的嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩。牙嵌式離合器的牙形可以是三角形、梯形或鋸齒形等。圖11-13中離合器的牙形為梯形。當(dāng)所傳遞的轉(zhuǎn)矩過(guò)大時(shí),嚙合齒面間所產(chǎn)生的軸向推力使左側(cè)彈簧壓縮,離合器自動(dòng)分離。牙嵌離合器用于低速輕載的場(chǎng)合。當(dāng)傳遞載荷過(guò)大時(shí),安全離合器自動(dòng)分離,中斷傳動(dòng)鏈,防止過(guò)載,對(duì)傳動(dòng)鏈中的其他傳動(dòng)零件起到保護(hù)作用。圖11-13牙嵌安全離合器第二節(jié)離合器二、自動(dòng)式離合器2.剪切銷(xiāo)安全離合器圖11-14所示為剪切銷(xiāo)安全離合器,通過(guò)銷(xiāo)在兩個(gè)半離合器之間傳遞轉(zhuǎn)矩。通常離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)傳動(dòng)過(guò)載,銷(xiāo)工作斷面上的切應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度時(shí),銷(xiāo)被剪斷,離合器分離,對(duì)其他零件起到保護(hù)作用。通過(guò)改變銷(xiāo)的尺寸、數(shù)量、材料及熱處理方式,可以改變離合器傳遞的最大載荷。由于材料的力學(xué)性能比較離散,所以剪切銷(xiāo)安全離合器的工作精度不高。圖11-14剪切銷(xiāo)安全離合器第二節(jié)離