第24讲次课程名称：《机械设计》第十四章联轴器、离合器和制动器14-1概述14-2刚性联轴器授课题目14-3无弹性元件的挠性联轴器14-4金属弹性元件挠性联轴器14-5非金属弹性元件挠性联轴器14-6离合器【目的要求】掌握常用联轴器和离合器的主要类型和特点：[重点】联轴器的主要类型和特点；【难点】离合器的结构和类型；容内第十四章联轴器、离合器和制动器14-1概述联轴器和离合器都用于轴与轴的对接，使两轴一起转动，并传递转矩：联轴器的特点：只有在停车时，才能用拆卸的方法把两轴分开。离合器的特点：在机器的运转中就可以随意方便地实现两轴的分离或接合。而不必拆卸。例如：汽车、摩托车都有离合器，有时发动机工作，而汽车没有动，就是因为离合器处于分离状态。一、两轴之间的相对位移实际中，由于制造、安装的误差，以及工作中零件的变形等原因，往往使两轴的轴心线不能够很好的重合，两轴在工作中会产生相对位移，基本的位移形式有以下几种：（轴向位移同轴线径向位移轴线平行，但不重合（角位移轴线倾斜有时可能同时产生两种或三种相对位移形式一一称为综合位移
课程名称：《机械设计》 第 24 讲次 授课题目 第十四章 联轴器、离合器和制动器 14-1 概述 14-2 刚性联轴器 14-3 无弹性元件的挠性联轴器 14-4 金属弹性元件挠性联轴器 14-5 非金属弹性元件挠性联轴器 14-6 离合器 【目的要求】 掌握常用联轴器和离合器的主要类型和特点； 【重 点】 联轴器的主要类型和特点； 【难 点】 离合器的结构和类型； 内 容 第十四章 联轴器、离合器和制动器 14-1 概述 联轴器和离合器都用于轴与轴的对接，使两轴一起转动，并传递转矩： 联轴器的特点：只有在停车时，才能用拆卸的方法把两轴分开。 离合器的特点：在机器的运转中就可以随意方便地实现两轴的分离或接合。而不必拆卸。 例如：汽车、摩托车都有离合器，有时发动机工作，而汽车没有动，就是因为离合器处于分离状 态。 一、两轴之间的相对位移 实际中，由于制造、安装的误差，以及工作中零件的变形等原因，往往使两轴的轴心线不能 够很好的重合，两轴在工作中会产生相对位移，基本的位移形式有以下几种： 轴向位移 同轴线 径向位移 轴线平行，但不重合 角位移 轴线倾斜 有时可能同时产生两种或三种相对位移形式——称为综合位移
e()+16）1二、联轴器的类型根据工作中是否允许两轴产生相对位移，可分为两大类1.刚性联轴器不允许两轴相对位移，要求两轴严格对中，否则会产生附加载荷。主要有：凸缘联轴器、套筒联轴器（元件之间构成固定连接）、夹壳联轴器等2．挠性联轴器允许两轴有相对位移。可分为：（1）无弹性元件的挠性联轴器：靠元件之间的相对运动适应两轴的位移。主要有：齿轮联轴器、滚子链联轴器、滑块联轴器、十字轴万向联轴器等（2）弹性联轴器：靠弹性元件的弹性变形适应两轴的相对位移。金属弹性元件挠性联轴器：有蛇形弹簧联轴器、簧片联轴器等。非金属弹性元件挠性联轴器：有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、弹性柱销齿式联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎式联轴器。弹性联轴器具有缓和冲击，吸振的作用。主要是为联轴器中有弹性元件，具有良好的弹性，可起缓冲、吸振作用。联轴器的种类很多，我们本章主要介绍实际中常用的几种。大家注意，部分联轴器已经标准化，有标准系列产品，对于我们来讲，主要是如何选用的问题。类型选择*当载荷稳定，转速稳定，同轴性好，无相对位移时，可选刚性联轴器，也可选用弹性联轴器；（＊当载荷、转速稳定，但有相对位移时，可选用无弹性元件的挠性联轴器，也可选用弹性联轴器：（＊当载荷、转速变化时，应选弹性联轴器。（当然，载荷稳定，转速稳定时，也可以选弹性联轴器的。）＊标准联轴器，往往是根据传递的转矩的大小，工作转速，轴的直径等确定联轴器的具体型号。联轴器的标准系列，可查机械设计手册
二、联轴器的类型 根据工作中是否允许两轴产生相对位移，可分为两大类 1．刚性联轴器 不允许两轴相对位移，要求两轴严格对中，否则会产生附加载荷。 主要有：凸缘联轴器、套筒联轴器（元件之间构成固定连接）、夹壳联轴器等 2．挠性联轴器 允许两轴有相对位移。 可分为： （1）无弹性元件的挠性联轴器： 靠元件之间的相对运动适应两轴的位移。 主要有：齿轮联轴器、滚子链联轴器、滑块联轴器、十字轴万向联轴器等 （2）弹性联轴器： 靠弹性元件的弹性变形适应两轴的相对位移。 金属弹性元件挠性联轴器： 有蛇形弹簧联轴器、簧片联轴器等。 非金属弹性元件挠性联轴器： 有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、弹性柱销齿式联 轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎式联轴器。 弹性联轴器具有缓和冲击，吸振的作用。主要是为联轴器中有弹性元件，具有良好的弹性， 可起缓冲、吸振作用。 联轴器的种类很多，我们本章主要介绍实际中常用的几种。大家注意，部分联轴器已经标准 化，有标准系列产品，对于我们来讲，主要是如何选用的问题。 类型选择 ＊当载荷稳定，转速稳定，同轴性好，无相对位移时，可选刚性联轴器，也可选用弹性联轴器； ＊当载荷、转速稳定，但有相对位移时，可选用无弹性元件的挠性联轴器，也可选用弹性联轴 器； ＊当载荷、转速变化时，应选弹性联轴器。（当然，载荷稳定，转速稳定时，也可以选弹性联 轴器的。） ＊标准联轴器，往往是根据传递的转矩的大小，工作转速，轴的直径等确定联轴器的具体型号。 联轴器的标准系列，可查机械设计手册
计算转矩：Tc= KT ≤[7]对联轴器的一般要求是：工作可靠，操作方便，尺寸较小，质量较轻，维护简单，安装位置尽量靠近轴承。三、离合器的分类根据实现离合的方法不同，可分为两大类：1）操纵离合器通过人的操作实现离合。可分为：机械操纵离合器、液压（操纵)离合器、气压(操纵)离合器、电压（操纵）离合器2）自动离合器可分为：（1）安全离合器：当转矩达到一定值时，自动分离，起过载保护作用。（2）离心离合器：利用元件转动时产生的离心力实现离合。（3）超越离合器：利用两轴的相对转动方向不同实现离合。离合器中的接合元件有嵌合式和摩擦式两种。嵌合式离合器：结构简单，传递转矩大，两轴同步转动，尺寸小，但接合时有刚性冲击。只能在静止或两轴转速差不大时实现接合动作。摩擦离合器：离合比较平稳，过载时可同行打滑其保护作用。但两轴不能严格同步转动，接合时产生摩擦热，摩擦元件易磨损。四、计算转矩在选择联轴器或离合器时，应按计算转矩确定承载能力。常按下列简单计算：T = KT ≤[1]式中，T一一工作转矩（即轴上的转矩）K——载荷系数自见（表15—2）T,一一所选联轴器的许用名义转矩由手册中查出14-2刚性联轴器一、凸缘联轴器（图15一1）它是实际中应用最广泛的一种刚性联轴器。它是由两个分装在两轴上的半联轴器组成，与轴之间用键联接，两半联轴器之间在凸缘上用螺栓联接
计算转矩： T KT T C = 对联轴器的一般要求是：工作可靠，操作方便，尺寸较小，质量较轻，维护简单，安装位 置尽量靠近轴承。 三、离合器的分类 根据实现离合的方法不同，可分为两大类： 1）操纵离合器 通过人的操作实现离合。可分为：机械操纵离合器、液压(操纵)离合器、 气压(操纵)离合器、电压(操纵)离合器 2）自动离合器 可分为： （1）安全离合器：当转矩达到一定值时，自动分离，起过载保护作用。 （2）离心离合器：利用元件转动时产生的离心力实现离合。 （3）超越离合器：利用两轴的相对转动方向不同实现离合。 离合器中的接合元件有嵌合式和摩擦式两种。 嵌合式离合器：结构简单，传递转矩大，两轴同步转动，尺寸小，但接合时有刚性冲 击。只能在静止或两轴转速差不大时实现接合动作。 摩擦离合器：离合比较平稳，过载时可同行打滑其保护作用。但两轴不能严格同步转 动，接合时产生摩擦热，摩擦元件易磨损。 四、计算转矩 在选择联轴器或离合器时，应按计算转矩确定承载能力。常按下列简单计算： T KT T C = 式中，T——工作转矩（即轴上的转矩） K——载荷系数 见（表 15—2） Tn ——所选联轴器的许用名义转矩 由手册中查出 14-2 刚性联轴器 一、凸缘联轴器（图 15—1） 它是实际中应用最广泛的一种刚性联轴器。它是由两个分装在两轴上的半联轴器组成，与 轴之间用键联接，两半联轴器之间在凸缘上用螺栓联接
为了保证两轴的轴线很好重合，通常有两种对中方法：1前两个半联轴器上的凸肩和凹槽相嵌合，对中。采用的是受拉螺栓，靠摩擦力工作。（图15—1 A))②靠铰制孔和受剪螺栓的配合面对中。靠螺栓受剪工作（传递转矩）。特点：对中精度高，传递转矩大，结构简单，但安装时要求两轴严格同轴，不能缓冲、吸振。常用于载荷平稳的联接。二、套简联轴器它是把两轴的轴端插入套筒中，两轴与套筒之间用链或销联接，以便传递转矩。销钉用于转矩较小的场合。特点：基本与凸缘联轴器相同，但径向尺寸较小。在机床中应用较多。三、夹壳联轴器它是纵向（轴向）剖分的两半筒形夹壳组成，两夹壳用螺栓联接。拧紧后夹壳与轴的接触面上产生高的压力。对中小尺寸的夹壳联轴器，工作中主要靠接触面上的摩擦力传递转矩，即使有键联接，计算中也不计键的作用：对于大尺寸的夹壳连周期，则主要是靠键传递转矩，安装时（或拆卸时）不必移动轴，使用较方便。通常主要用于低速，外缘速度V≤5m/s刚性联轴器的特点：优点：构造简单，价格较低，对中精度高（如果机器本身要求两轴严格对中，则采用刚性联轴器有其优点）缺点：①不能补偿两轴的偏斜和位移，对两轴的对中要求较高。当工作中两轴产生偏斜和位移时，将会产生难以估计的附加载荷。②完全是由刚性元件组成，缓冲、吸振能力差
为了保证两轴的轴线很好重合，通常有两种对中方法： ①前两个半联轴器上的凸肩和凹槽相嵌合，对中。采用的是受拉螺栓，靠摩擦力工作。（图 15—1 A）） ②靠铰制孔和受剪螺栓的配合面对中。靠螺栓受剪工作（传递转矩）。 特点：对中精度高，传递转矩大，结构简单，但安装时要求两轴严格同轴，不能缓冲、吸振。 常用于载荷平稳的联接。 二、套筒联轴器 它是把两轴的轴端插入套筒中，两轴与套筒之间用链或销联接，以便传递转矩。销钉用 于转矩较小的场合。 特点：基本与凸缘联轴器相同，但径向尺寸较小。在机床中应用较多。 三、夹壳联轴器 它是纵向（轴向）剖分的两半筒形夹壳组成，两夹壳用螺栓联接。拧紧后夹壳与轴的接 触面上产生高的压力。 对中小尺寸的夹壳联轴器，工作中主要靠接触面上的摩擦力传递转矩，即使有键联接， 计算中也不计键的作用；对于大尺寸的夹壳连周期，则主要是靠键传递转矩，安装时（或拆 卸时）不必移动轴，使用较方便。 通常主要用于低速，外缘速度 V 5m/s 刚性联轴器的特点： 优点：构造简单，价格较低，对中精度高（如果机器本身要求两轴严格对中，则采用 刚性联轴器有其优点） 缺点：①不能补偿两轴的偏斜和位移，对两轴的对中要求较高。当工作中两轴产生偏 斜和位移时，将会产生难以估计的附加载荷。 ②完全是由刚性元件组成，缓冲、吸振能力差
14-3无弹性元件的挠性联轴器此类联轴器也中也完全是由刚性元件组成，但元件之间构成的是动力联接。靠此动联接补偿适应工作中两轴的偏斜和位移。有的挠性联轴器只允许两轴之间产生某一种相对位移，有的则允许产生综合位移。一、牙嵌联轴器由两个半联轴器组成，分别装在一个轴上，与轴之间用键联接，两半联轴器之间靠凸牙与凹槽的嵌合联接，并传递转矩。当两轴有轴向位移时，凸牙在凹槽中滑移，而构成移动联接。工作只允许两轴产生轴向位移。二、齿轮联轴器（图15一7）是由两个具有外齿的半联轴器和两个具有内齿的外壳组成。半联轴器分别装在两轴上，用键联接，外齿与外壳上的内齿啮合，传递转矩，而两壳在凸缘处用螺栓联接。如图所示，由于制造时，啮合齿间留出了较大的间隙，并将外齿的齿顶作成球面（并作成鼓形齿）。所以，具有补偿两轴之间综合位移的能力。见（图15一3）（即充许两轴产生任何相对位移）。特点：传递转矩的能力大（原因是多对齿同时工作）。在重型机械中应用广泛。三、滚子链联轴器两半联轴器上有键齿，它们之间用单排或双排滚子链联接制造时，在键齿与链条的链节之间留有一定间隙，所以，允许两轴有一定的相对位移。[径向位移0.02P【角位移<1°特点：结构简单，装拆方便，径向尺寸小，质量轻，效率高。四、滑块联轴器五、万向联轴器【万向联轴器：从主动轴转速不相同是其缺点，但允许两轴有较大偏斜角。(35°～45°）双万向联轴器：当满足一定条件时，可以保证两轴的转速相同
14-3 无弹性元件的挠性联轴器 此类联轴器也中也完全是由刚性元件组成，但元件之间构成的是动力联接。靠此动联接补 偿适应工作中两轴的偏斜和位移。 有的挠性联轴器只允许两轴之间产生某一种相对位移，有的则允许产生综合位移。 一、牙嵌联轴器 由两个半联轴器组成，分别装在一个轴上，与轴之间用键联接，两半联轴器之间靠凸牙 与凹槽的嵌合联接，并传递转矩。 当两轴有轴向位移时，凸牙在凹槽中滑移，而构成移动联接。工作只允许两轴产生轴 向位移。 二、齿轮联轴器（图 15—7） 是由两个具有外齿的半联轴器和两个具有内齿的外壳组成。半联轴器分别装在两轴上， 用键联接，外齿与外壳上的内齿啮合，传递转矩，而两壳在凸缘处用螺栓联接。 如图所示，由于制造时，啮合齿间留出了较大的间隙，并将外齿的齿顶作成球面（并 作成鼓形齿）。所以，具有补偿两轴之间综合位移的能力。见（图 15—3）（即允许两轴产 生任何相对位移）。 特点：传递转矩的能力大（原因是多对齿同时工作）。在重型机械中应用广泛。 三、滚子链联轴器 两半联轴器上有键齿，它们之间用单排或双排滚子链联接。 制造时，在键齿与链条的链节之间留有一定间隙，所以，允许两轴有一定的相对位移。 o P 1 0.02 角位移 径向位移 特点：结构简单，装拆方便，径向尺寸小，质量轻，效率高。 四、滑块联轴器 五、万向联轴器 双万向联轴器：当满足一定条件时，可以保证两轴的转速相同。 万向联轴器：从主动轴转速不相同是其缺点，但允许两轴有较大偏斜角。(35 ~ 45 ) o o
14-4金属弹性元件挠性联轴器通常也是由两个半联轴器组成，只是两半联轴器之间用金属弹性元件联接。靠弹性元件的变形补偿两轴之间的相对位移。并可起缓冲、吸振的作用。蛇形弹簧联轴器教材上介绍了径向簧片联轴器14-5非金属弹性元件挠性联轴器联轴器中具有非金属材料的弹性元件。同样靠弹性元件的变形补偿两轴的位移，并起缓冲、吸振作用。实际中常用的有以下几种：一、弹性套柱销联轴器两半联轴器之间用套有弹性套的柱销联接，弹性套通常用橡胶制造，具有良好的弹性。而柱销是钢的。特点：允许少量的轴向位移、径向位移和角位移（即综合位移）适用于：启动频繁，变载荷下的轴的联接。（实际中，最常用）二、弹性柱销联轴器两半联轴器之间用非金属的柱销联接，通常，柱销用尼龙制造，具有一定弹性。特点：结构简单，制造容易，维修方便，允许有较大的轴向位移。（注：应用较广的弹性联轴器为以上两种。）三、此外，非金属弹性元件挠性联轴器还有以下几种：弹性柱销齿式联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎联轴器等。14-6离合器一、牙嵌离合器由两个半联轴器组成，每个半联轴器上都有牙齿，接合时，靠它们牙齿的嵌合传递转矩。其中一个半离合器，与轴之间采用导向键联接，通过操纵机构使它沿轴向可以转动，实现离合动作。常用的牙形有矩形、梯形、锯齿形、三角形这种离合器的接合动作应在两轴不回转时或转速差很小时完成。以免孙换牙形（受冲
14-4 金属弹性元件挠性联轴器 通常也是由两个半联轴器组成，只是两半联轴器之间用金属弹性元件联接。靠弹性元件的 变形补偿两轴之间的相对位移。并可起缓冲、吸振的作用。 教材上介绍了 径向簧片联轴器 蛇形弹簧联轴器 14-5 非金属弹性元件挠性联轴器 联轴器中具有非金属材料的弹性元件。同样靠弹性元件的变形补偿两轴的位移，并起缓冲、 吸振作用。 实际中常用的有以下几种： 一、弹性套柱销联轴器 两半联轴器之间用套有弹性套的柱销联接，弹性套通常用橡胶制造，具有良好的弹性。而 柱销是钢的。 特点：允许少量的轴向位移、径向位移和角位移（即综合位移） 适用于：启动频繁，变载荷下的轴的联接。（实际中，最常用） 二、弹性柱销联轴器 两半联轴器之间用非金属的柱销联接，通常，柱销用尼龙制造，具有一定弹性。 特点：结构简单，制造容易，维修方便，允许有较大的轴向位移。 （注：应用较广的弹性联轴器为以上两种。） 三、此外，非金属弹性元件挠性联轴器还有以下几种：弹性柱销齿式联轴器、梅花形弹性 联轴器、轮胎联轴器等。 14-6 离合器 一、牙嵌离合器 由两个半联轴器组成，每个半联轴器上都有牙齿，接合时，靠它们牙齿的嵌合传递转矩。 其中一个半离合器，与轴之间采用导向键联接，通过操纵机构使它沿轴向可以转动，实现 离合动作。常用的牙形有矩形、梯形、锯齿形、三角形 这种离合器的接合动作应在两轴不回转时或转速差很小时完成。以免孙换牙形（受冲
击)。特点：结构简单，没有滑动，尺寸较小。二、摩擦离合器是靠离合器中元件之间的摩擦力传递转矩，摩擦离合器的型式有多种，常见的有：[单盘圆盘式多盘单圆锥圆锥式双圆锥显然接合时，必须在接合面上施加较大的正压力，以产生足够的摩擦力，传递转矩；如图15一13为多盘式圆盘摩擦离合器外盘上的凸牙和鼓轮2的内表面上的凹槽配合，是外盘与鼓轮一起转动。而内盘的凹槽与套筒4的凸牙配合，使内盘与套筒4一起转动，并且，内外盘沿轴向可以移动。通过曲臂压杆8把压板9向右推，使各摩擦盘之间相互压紧，产生摩擦力，使两轴实现接合。两轴与鼓轮、套筒之间用键联接。特点优点：①两轴能在任何不同角速度下进行联接：②接合时的冲击和震动较小：③过载时，将发生打滑，可免使其他零件受到损坏。缺点：接合和分离过程中盘片间有相对滑动，而产生摩擦，消耗能量而发热。教材上还介绍了其他形式的离合器，由于时间关系就不讲了，如磁粉离合器，安全离合器，离心离合器等。超越离合器的特点是：两轴沿一个方向相对转动时，处于接合状态，而反向相对转动时，则处于分离状态，如自行车后边的飞轮[本讲作业]习题14-1、14-2
击）。 特点：结构简单，没有滑动，尺寸较小。 二、摩擦离合器 是靠离合器中元件之间的摩擦力传递转矩，摩擦离合器的型式有多种，常见的有： 双圆锥 单圆锥 圆锥式 多盘 单盘 圆盘式 显然接合时，必须在接合面上施加较大的正压力，以产生足够的摩擦力，传递转矩； 如图 15—13 为多盘式圆盘摩擦离合器 外盘上的凸牙和鼓轮 2 的内表面上的凹槽配合，是外盘与鼓轮一起转动。而内盘的凹 槽与套筒 4 的凸牙配合，使内盘与套筒 4 一起转动，并且，内外盘沿轴向可以移动。通过 曲臂压杆 8 把压板 9 向右推，使各摩擦盘之间相互压紧，产生摩擦力，使两轴实现接合。 两轴与鼓轮、套筒之间用键联接。 特点 优点：①两轴能在任何不同角速度下进行联接；②接合时的冲击和震动较小；③过载 时，将发生打滑，可免使其他零件受到损坏。 缺点：接合和分离过程中盘片间有相对滑动，而产生摩擦，消耗能量而发热。 教材上还介绍了其他形式的离合器，由于时间关系就不讲了，如磁粉离合器，安全离 合器，离心离合器等。 超越离合器的特点是：两轴沿一个方向相对转动时，处于接合状态，而反向相对转动时，则处 于分离状态，如自行车后边的飞轮. [本讲作业] 习题 14-1、14-2