机械设计基础课件第15章 联轴器与离合器

刚性联轴器— 用于载荷平稳，转速稳定，同轴度好， 无相对位移的场合。
无弹性元件挠性联轴器— 用于有相对位移场合。
弹性联轴器—用于载荷和速度变化较大处，同轴度 不易保证的场合
。
第三节 离合器
一、离合器的要求
离合器应该操纵方便省力、离合迅速 平稳、动作准确、结构简单。
嵌合式离合器
二、离合器的分类
摩擦式离合器
1:10
圆锥形孔
圆柱形孔
特点：结构简单，装配方便，能缓冲、吸振。但弹性圈易 损坏，寿命低。用于启动频繁的高中速轴的中、小载荷的 传动。
d
2、弹性柱销联轴器
特点：结构简单，制造容易，传递转矩能力较大，能缓冲、吸 振，补偿位移较小。适用于正反转、启动频繁的转矩较大的中 低速轴。
二、联轴器的选择
1、选联轴器类型；
1、带式制动器

制动器
F2
Q F1
c
a
b
2、块式制动器
块式制动器工作原理图
3、内张蹄式制动器
1.制动踏板 2.推杆 3.主缸活塞 4.制动主缸 5. 油管 6.制动轮缸 7.轮缸活塞 8.制动鼓 9.摩擦 片 10.制动蹄 11.制动底板 12.支承销 13.制动 蹄回位弹簧
本章小结
1.联轴器、离合器型号已标准化，它们的设计主 要是从标准化的类型中选择。选择时应根据设 计要求对主要参数进行计算，再按设计准则选 择满足设计要求的联轴器、离合器； 2.联轴器是用于联接两轴。刚性联轴器结构简单、 成本低，可传递较大的转矩，但它补偿能力差， 故对两轴对中性要求很高，一般用于速度低、 无冲击、轴的刚性大、对中性较好的场合；相 反，应考虑选择弹性联轴器。
一、联轴器的类型
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。

图15－11
为能补偿两轴的相对位移，将外齿环的轮 齿做成鼓形齿，齿顶做成中心线在轴线上的球 面（图b所示），齿顶和齿侧留有较大的间隙。
图15－11
齿式联轴器允许两轴有较大的综合位移。 当两轴有位移时，联轴器齿面间因相对滑动 产生磨损。为减少磨损，联轴器内注有润滑 剂。联轴器上的螺塞、密封圈封住注油孔和 防止润滑剂外泄的作用。 齿式联轴器同时啮合的齿数多，承载能 力大，外廓尺寸较紧凑，可靠性高，但结构 复杂，制造成本高，通常在高速重载的重型 机械中使用。
凸缘式联轴器结构简单、价格低廉，使 用方便，能传递较大的转距，但要求被联接 的两轴必须安装准确，亚哥对中。它适用于 工作平稳、刚性好和速度较低的场合。凸缘 联轴器的尺寸可以按照标准GB5843-86选用。
二、刚性可移式联轴器
1、十字滑块联轴器
图15－5
十字滑块 联轴器是由两 个端面带槽的 套筒1、3和两 侧面各具有凸 块的浮动盘组 成，如图所示。


B

A

B
B
图15－8
可以作出 而 = ，于是根据式 角速度矢量图如图 (c)所示。由图可得：

A








cos
图15－8
当两轴转过处于如图 (b)所示位置时,这时 主动轴Ⅰ的叉面与图纸平面垂直,而从动轴Ⅱ 的叉面与图纸平面平行.设主动轴的角速度仍 为 ,而从动轴Ⅱ的角速度为 ' ,则:
由于联轴器和离合器的种类繁多， 本章进对少数典型结构及其有关知识作 些介绍，以便为选用和自行创新设计提 供必要的基础。
§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变化的影响等等，往往不 能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对 位移，如图所示。这就要求所设计的联轴器， 要 从结构上采取 各种措施，使 之具有适应一 定范围的相对 位移的性能。

智能化：通过传感 器和智能算法实现 自动调节和故障诊 断
轻量化：采用新型 材料和结构设计， 降低重量，提高效 率
环保化：采用环保 材料和节能设计， 降低能耗和排放
集成化：将多个功 能集成到一个部件 中，提高系统集成 度和可靠性
联轴器和离合器的发展趋势和展望
智能化：联轴器和 离合器将更加智能 化，实现自动控制 和调节
联轴器和离合器的比较
功能：联轴器用于连接两个轴，传递扭矩；离合器用于控制动力的传递和切断
结构：联轴器通常由两个半联轴器组成，通过螺栓或键连接；离合器通常由压盘、摩擦 片、弹簧等组成
工作原理：联轴器通过弹性元件或刚性元件传递扭矩；离合器通过摩擦片与压盘的摩擦 力传递扭矩
应用：联轴器广泛应用于各种机械设备中；离合器广泛应用于汽车、摩托车等交通工具 中
常见类型：十字滑块联轴器、凸缘 联轴器、套筒联轴器等
弹性联轴器
工作原理：利 用弹性元件的 弹性变形来传
递扭矩
优点：结构简 单，制造方便， 成本低，易于
维护
缺点：传递扭 矩有限，不能 承受冲击载荷
应用领域：广 泛应用于各种 机械设备中， 如减速器、泵、
风机等
挠性联轴器
挠性联轴器是一种可以补偿两轴相对位移的联轴器 挠性联轴器通常由弹性元件、连接件和保护装置组成 挠性联轴器的优点包括：可以补偿两轴的相对位移、可以吸收振动和冲击、可以降低噪声和振动 挠性联轴器的缺点包括：需要定期维护和更换弹性元件、可能会产生较大的扭矩损失和磨损
定期更换离合器油 ，保持离合器油的 清洁和润滑效果
离合器的常见故障及排除方法
离合器打滑：检查离合器片磨损情况，必要时更换 离合器异响：检查离合器片是否磨损过度，必要时更换 离合器分离不彻底：检查离合器踏板自由行程是否过大，必要时调整 离合器抖动：检查离合器压盘是否磨损过度，必要时更换 离合器发热：检查离合器片是否过热，必要时更换 离合器漏油：检查离合器油封是否损坏，必要时更换

齿 式 联 轴器 1.密封圈 2.螺母 3.ຫໍສະໝຸດ 壳 4.轴套第3页/共13页
2、滑块联轴器
无弹性件挠性联轴器
适用于小功率、转速 较高而无剧烈冲击处
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3、十字轴万向联轴器
汽车传动轴万向联轴器
双万向示意图联轴器
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三、弹性联轴器
弹性套柱销联轴器
尼龙柱销联轴器
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多片式电磁摩擦离合器 第11页/共13页
4.单向离合 器• 13一 一滚星柱轮；；42一一弹外簧环；
推杆
• 单向离合器是利用机 器本身转速、转向的 变化，来控制两轴离 合的离合器。由于传 动
• 具有确定转向，故称 为单向离合器。
图10-16 定向离合器
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感谢您的观看。
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单片离合器 1、2 .圆盘 3.移动销环
由主从动盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递转矩。
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多片式圆盘摩擦离合器
1.主动轴 2.外壳 3.压板 4.外摩擦片 5.内 摩擦片 6.螺母 7.曲臂压杆 8.滑环 9.从动 轴 10.内套筒
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• 电磁摩擦离合器 • 主要利用电磁力操纵的离合器
弹性套柱销联轴器
通过弹性套传递转矩，可缓冲和减震
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10.2 离合器的功用与种
类
离合器用于轴与轴之间在机器运转过程中
的分离与结合。在汽车传动系中，离合器直接与
发动机相连，并在发动机与变速器之间。
牙嵌式离合器组成： 1、3. 半离合器 2. 对中环 4. 移动销环
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单式片圆盘摩擦离合器
一.固定式刚性联轴器：不能补偿两轴间的相对位移。

图15-4 半圆键联接
2.紧键联接
1)楔键联接 楔键联接用于静联接，如图15-5所示。楔键上、下面 是工作表面，上表面有1∶100的斜度，轮毂键槽底面也有 1∶100的斜度。装配后，键的上、下表面与轮毂和轴上键 槽的底面压紧；工作时靠工作表面的摩擦力传递转矩，并 能承受单向轴向力和起轴向固定作用。楔键分为普通楔键 (如图15-5(a)所示)和钩头楔键(如图15-5(b)所示)两种。楔 键联接时，由于工作表面产生很大预紧力，轴和轮毂的配 合会产生偏心和偏斜。因此楔键联接主要用于轮毂类零件 的定心精度要求不高和低转速的场合。
15.2 花键联接
花键联接由具有周向均匀分布的多个键齿的花键轴和 具有同样数目键槽的轮毂组成，如图15-8(a)所示。花键依 靠键齿侧面的挤压传递转矩，因为是多齿传递载荷，所以 承载能力强。由于齿槽浅，故对轴的削弱小，应力集中小， 且具有定心好和导向性能好等优点，但需要专用设备加工， 生产成本高。
图15-5 楔键联接
2)切向键联接 切向键是由一对斜度为1∶100的楔键组成的，如图 15-6(a)所示。装配时，两个键分别自轮毂两端楔入，装配 后两个相互平行的窄面是工作面；工作时依靠工作面的挤 压传递转矩。一对切向键只能传递单向转矩，当传递双向 转矩时，应装配两对相互成120°～130°的切向键，如图 15-6(b)所示。切向键能传递很大的转矩，常用于重型机械。
销的主要用途是固定零件间的相互位置，并可传递不 大的转矩，也可作为安全装置中的过载剪断元件。
按销的形状不同可分为圆柱销(如图15-9(a)所示)和圆 锥销(如图15-9(b)、(c)所示)。圆柱销利用过盈配合固定， 多次拆卸会降低其定位精度和可靠性。圆锥销常用的锥度 为1∶50，装配方便，定位精度高，多次拆卸不会影响其 定位精度。

（1）、结构、原理： 动画
◆普通凸缘联轴器：用铰 制孔螺栓联接两个半联轴器， 靠螺栓杆承受挤压与剪切来 传递转矩：
◆对中榫凸缘 联轴器：用普通孔 螺栓来联接两个半 联轴器，靠接合面 的摩擦力来传递转 矩。一个半联轴器 的凸肩与另一个半 联轴器上的凹槽相 配合而对中：
（2）特点：
构造单简、成本低、可传递较大转矩，但 不能补偿两轴间的相对位移，对两轴对中 性的要求很高。
图示为滚柱定向离合器。
主要由星轮1、外圈2、 滚柱3和弹簧顶杆4组成。弹 簧的作用是将滚柱压向爪轮 的楔形槽内，使滚柱与星轮、 外圈相接触。
当星轮为主动件并按图 示方向顺时针回转滚柱受摩 擦力的作用被楔紧在槽内， 从而带动外环回转，离合器 处于接合状态；
当星轮反向回转时，滚柱 则被推到槽中宽敞部分，离 合器处于分离状态。
（3）应用：
常用于轴向窜动量较大，经常正反转， 起动频繁，转速较高的场合，可代替弹性 圈柱销联轴器。
6、轮胎联轴器
轮胎式联轴器如图所示， 用橡胶或橡胶织物制成轮胎状 的弹性元件，用螺栓与两半联 轴器联接而成。
内部结构
特点：弹性强、补偿位移能力 大，有良好的阻尼和减振能力， 绝缘性能好，运转时没有噪声， 而且结构简单、不需要润滑， 装拆和维护方便。
（1）原理
（2）结构
由两个分别固定在主、 从动轴上的叉形接头1、2 和一个十字形零件(称十字 头)3组成。叉形接头和十字 头是铰接的：
（3）特点：
结构紧凑，维护方便，允许被联接（最大可达 35°~45°），而且机器运转中夹角发生改变时仍能 正常传动。 （4）应用：
用于两轴轴线夹角α较大的场合。广泛用于汽车、 多头钻床等机器的传动系统中。但当α过大时，传动 效率显著降低。

（二）挠性联轴器
1、 无弹性元件的挠性联轴器
这类联轴器因具有挠性，故可补偿两 轴间的相对位移，但因无弹性元件，故不 能缓冲减振。
常用的有以下几种：
（二）挠性联轴器 1）十字滑块联轴器
结构： 由两个在断面上有凹槽 的
半联轴器1，3和一个两面带 有凸牙的中间盘组成，因凸 牙可在凹槽中滑动，故可补 偿安装及运转时两轴间的相 对位移。
中间滑块的质量小，又具有弹性，故 可
允许较高的极限转速。 中间滑块在配制时，加入少量的石
墨或 二硫化钼，以便在使用时可以自行润滑。 结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率， 高转速而无剧烈冲击处。
3）十字轴式万向联轴器
允许较大的角位移。
3）十字轴式万向联轴器 结构：
它由两个叉形接 头1，3，一个中间 联接件2和轴销4 （包括销套及铆 钉）、5所组成。 销轴4和5互相垂直 配置，并分别把两 个叉形接头与中间 件2联接起来。这 样，就构成了一个 可动的联接。允许 两轴间有较大的夹 角（夹角α最大可 达到5º～45º）。
（1）普通的凸缘联轴器，通常是靠绞制孔用螺栓来 实现两轴对中；图14—2（a）p346
（2） 有对中榫 的凸缘联轴器：
靠一个半联轴器上的凸肩与另一个半联 轴器上的凹槽相配合而对中。
联接两个半联轴器的螺栓可以采用A级 或B级的普通螺栓，此时螺栓杆与孔壁存在间 隙,转矩靠半联轴器接合面摩擦力矩来传递。
也可以采用绞制孔用螺栓，此时螺栓杆 与螺钉孔为过渡配合，靠螺栓杆承受挤压和 剪切来传递转矩。
3：材料 可用铸铁或铸钢，重载是或圆周速度大于
30m/s时应用铸钢或锻钢.
4：特点 凸缘联轴器属于刚性联轴器，对所
联接 的两轴间的相对位移缺乏补偿能力，故对两 轴对中性的要求很高。当两轴有相对位移存 在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作 情况恶化。但结构简单，成本低，可传递较 大转矩，故当转速低，无冲击，轴的刚性 大，对中性较好时亦常采用。

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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 或打滑，以保证机器 中的主要零件不因过载而损坏
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。
●轮胎联轴器
轮胎联轴器用橡胶或橡胶织物制成轮 胎状的弹性元件，两端用压板及螺钉 分别压在两个半联轴器上。这种联轴 器富有弹性，具有良好的消振能力， 能有效地降低动载荷和补偿较大的轴 向位移，而且绝缘性能好，运转时无 噪声。缺点是径向尺寸较大；当转矩 较大时，会因过大扭转变形而产生附 加轴向载荷。为了便于装配，有时将 轮胎开出径向切口，但这时承载能力 要显著降低。
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§14-2 联轴器的种类 和特性
普通联轴器的分类
一.刚性联轴器：不能补偿两轴间的相对位
移。无减振缓冲能力，要求两轴对中性好。
▪ ★凸缘联轴器 ▪ ★套筒联轴器
★夹壳联轴器
第3页联轴器
凸缘联轴器
夹壳联轴器
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●铰制孔用螺栓联接
依靠螺栓的抗剪切能力传递扭矩。
器和气压离合器等；
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，它们能在特定条件下，自动地接合或分离
。
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二、对离合器的基本要求
分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确 可靠；
结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全 ，效率高；
接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好； 操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。