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主編第13章聯軸器、離合器、制動器和彈簧1.本章主要講述常用聯軸器和離合器的構造、特點和選用方法。2.簡要介紹幾種制動器、彈簧的構造、特點和選用方法等。知識點：13.1概述聯軸器、離合器和制動器是機械傳動中常用的部件。聯軸器和離合器主要用來連接兩軸，并傳遞運動和轉矩，有時也可用作平安裝置。聯軸器在機器運轉時使兩軸不能別離，只有在機器停止轉動并將其拆開后，兩軸才能別離。離合器是在機器運轉過程中，可使兩軸隨時接合或別離的一種裝置。制動器主要用來使機器迅速停止運轉，也可以用來降低或調整機器運轉的速度。聯軸器、離合器和制動器的類型很多，其中大多已標準化。本章僅介紹幾種常用類型的構造、特點和選用。至于其他的類型，可參閱有關手冊。13.2聯軸器聯軸器所要連接的兩軸之間，由于存在制造、安裝誤差以及受載后的變形等因素，往往存在著軸向、徑向或偏角等相對位置的偏移，如圖13.1所示。故聯軸器除了傳動外，還要求具有一定的補償相對位移的能力。圖13.1兩軸之間的相對位移13.2聯軸器聯軸器所要連接的兩軸之間，由于存在制造、安裝誤差以及受載后的變形等因素，往往存在著軸向、徑向或偏角等相對位置的偏移，如圖13.1所示。故聯軸器除了傳動外，還要求具有一定的補償相對位移的能力。圖13.1兩軸之間的相對位移13.2.1固定式剛性聯軸器套筒聯軸器如圖13.2所示，它是由連接兩軸軸端的套筒和連接件〔銷或鍵〕組成的。這種聯軸器的優點是結構簡單，徑向尺寸小，被連接的兩軸能嚴格地同步轉動，當機械過載時，銷被剪斷，可起平安保護作用。缺點是裝拆時軸需作軸向移動，拆裝不方便。通常用于傳遞轉距較小的場合，被連接的兩軸直徑一般不大于100mm。1.套筒聯軸器圖13.2套筒聯軸器13.2聯軸器如圖13.3所示的凸緣聯軸器是由帶有凸緣的兩半聯軸器組成的。半聯軸器分別用鍵與軸連接，并用一組螺栓將它們連接在一起。這種聯軸器結構簡單，能傳遞較大的轉距，對中精確可靠，因而應用廣泛。缺點是不能緩沖和吸振，不能消除兩軸的安裝誤差所引起的不良后果。如果提高其制造和裝配精度，也可用于高速重載的軸連接。凸緣聯軸器的結構分YLD型和YL型兩種，圖13.3〔a〕所示的YLD型是利用兩半聯軸器的凸肩和凹槽定心的，裝拆時軸需作軸向移動，多用于不常拆卸的場合。圖13.3〔b〕所示的YL型是利用鉸制孔螺栓定心的，裝拆方便，可用于經常裝拆的場合。2.凸緣聯軸器圖13.3套筒聯軸器13.2聯軸器13.2.2可移式剛性聯軸器十字滑塊聯軸器如圖13.4所示，它由兩個具有徑向通槽的半聯軸器和一個具有相互垂直凸榫滑塊組成。由于滑塊能在半聯軸器的凹槽中滑動，故可補償安裝和運轉時兩軸間徑向位移。為了減少滑動引起的摩損，要對滑塊進行潤滑并對工作外表進行熱處理以提高硬度。1.十字滑塊聯軸器圖13.4十字滑塊聯軸器13.2聯軸器如圖13.5所示的齒輪聯軸器是由兩個帶有內齒和凸緣的外套筒3和兩個帶有外齒的內套筒1組成。兩個內套筒分別用鍵與主、從動軸相聯，兩個外套筒3用螺栓5聯成一體，依靠內外齒相嚙合傳遞轉矩。為了減少磨損，由油孔注入潤滑油，并在內套筒1和外套筒3之間裝有密封圈2以密封。由于內、外齒嚙合時具有較大的頂隙和側隙，因此這種聯軸器具有徑向、軸向和角度等綜合補償功能，且補償位移功能強，傳遞轉矩大，常用于重型機械中，但結構復雜、笨重，制造本錢高。2.齒輪聯軸器圖13.5齒輪聯軸器1.內套筒；2.密封圈；3.外套筒；4.油孔；5.螺栓；6.端蓋13.2聯軸器13.2.3彈性聯軸器圖13.8所示為彈性套柱銷聯軸器，其結構類似凸緣聯軸器，只是用套有數個橡膠圈的柱銷代替了連接螺栓。這種聯軸器結構簡單，裝拆方便，易于制造，但彈性套容易磨損和老化，壽命較短。它適用于正反轉變化頻繁、載荷較平穩、傳遞中小功率的場合。使用溫度為-20～50℃。1.彈性套柱銷聯軸器圖13.8TL型彈性套柱銷聯軸器13.2聯軸器彈性聯軸器是利用其內部彈性元件的變形來補償兩軸間的線位移和角位移，并有緩沖和吸振的能力。它適合于承受變載荷、頻繁啟動、經常正反轉的場合，尤其在高速軸上應用十分廣泛。彈性柱銷聯軸器與彈性套柱銷聯軸器很相似，如圖13.9所示，只是用尼龍柱銷代替彈性套柱銷。在半聯軸器的外側，采用螺釘固定擋板防止柱銷脫落。這種聯軸器較彈性套柱銷聯軸器傳遞轉矩的能力大，結構更為簡單，安裝、制造方便，壽命長，也有一定的緩沖和吸振能力，允許被連接兩軸間有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移，適用于軸向竄動較大，正反轉變化和啟動頻繁的場合。由于尼龍對溫度較敏感，故使用溫度為-20～70℃。2.彈性柱銷聯軸器圖13.9彈性柱銷聯軸器13.2聯軸器輪胎式聯軸器如圖13.10所示，用橡膠或橡膠織物制成輪胎狀的彈性元件，兩端用壓板及螺釘分別壓在兩個半聯軸器上，這種聯軸器彈性變形大，具有良好的吸振能力，能有效地降低附加載荷和補償較大的相對位移。輪胎式聯軸器適用于啟動頻繁、正反轉、沖擊振動嚴重的場合。3.輪胎式聯軸器圖13.10輪胎式聯軸器13.2聯軸器圖13.11所示的牙嵌式離合器是由兩個端面帶牙的半離合器1、2組成，半離合器用鍵緊配在主動軸上，另一半離合器2用導向平鍵與從動軸連接，并通過操縱系統撥動滑環4使其做軸向移動，使離合器別離或結合。為了保證兩軸能很好地對中，在主動軸上的半離合器內裝有對中環5，從動軸可在對中環自由轉動。1.牙嵌式離合器圖13.11牙嵌式離合器1、2.半離合器;3.鍵；4.滑環;5.對中環13.3離合器離合器主要用于機械運轉過程中隨時將主、從動軸結合或別離的場合。根據工作原理不同，離合器可分為嚙合式和摩擦式兩類。它們分別利用牙齒嚙合和工作面間的磨擦力傳遞轉矩。對離合器的要求是：結合平穩，別離迅速而徹底，操縱方便省力，工作可靠，調整維修方便，耐磨性和散熱性能好。摩擦離合器靠接觸面的摩擦力來傳遞轉矩，它可在兩軸運轉中或轉速不同時進行離合，也可以用改變摩擦面間壓力的方法來調節從動軸的加速時間，實現平穩接合，減小沖擊振動，過載時摩擦面間發生打滑，可防止損壞其他零件，起平安裝置的作用。摩擦離合器的類型很多，常用的有圓盤摩擦離合器。它分為單片式和多片式兩種。2.摩擦離合器圖13.13單片圓盤摩擦離合器1、2.圓盤；3.滑環13.3離合器圖13.14多片摩擦離合器1.主動軸；2.外殼；3.從動片；4.套筒；5、6.摩擦片；7.滑環；8.壓桿；9.壓板；10.調節螺母其工作原理如圖13.15所示。圖中安置勵磁線圈1的磁軛2為離合器的固定局部。假設將套筒3與左右輪輻7、8組成離合器的主動局部，那么轉子6與從動軸〔圖中未畫出〕組成離合器的從動局部。在套筒3的中間嵌裝著隔磁環4，輪輻7或8上可連接主動件〔圖中未畫出〕，在轉子6與套筒3之間有0.5～2mm的間隙，其中充填磁粉5。圖13.15〔a〕表示磁粉被離心力甩在圓筒的內壁，疏松并且散開，此時離合器處于別離狀態。圖13.15(b)表示通電后勵磁線圈產生磁場，磁力線跨越空隙穿過圓筒到達轉子形成圖示回路，此時磁粉受到磁場的影響而被磁化，磁化了的磁粉彼此吸引串成磁粉鏈，而在圓筒與轉子間聚合，依靠磁粉的結合力和磁粉與工作面間的摩擦力來傳遞轉矩。3.電磁粉末離合器圖13.15磁粉離合器1.磁線圈；2.磁軛；3.套筒；4.磁環;5.磁粉;6.轉子;7、8.輪輻13.3離合器圖13.16為常見的滾柱式超越離合器，又稱定向離合器。它由星輪1、外殼2、滾珠3和彈性推桿4所組成。彈簧推桿的作用是將滾柱壓向楔形槽，以保持滾柱、星輪和外殼之間的接觸。星輪和外殼分別與主動軸和從動軸相聯，當星輪按順時針方向轉動時，滾柱借摩擦力作用被楔緊在槽內，并帶動外殼一起轉動，此時離合器處于接合狀態。反之，當星輪按逆時針方向轉動時，滾柱將被推到星輪寬敞的局部，使離合器處于別離狀態，所以稱為定向離合器。星輪和外殼均可作為主動件。4.超越離合器圖13.16滾柱式超越離合器1.星輪；2.外殼；3.滾珠；4.彈簧推桿13.3離合器13.4.1類型選擇選擇聯軸器和離合器的類型可參考下述原那么：1〕對低速、重載、要求對中、剛性大的軸，可選用剛性聯軸器，如凸緣聯軸器。假設兩軸有隨時離合要求，可選牙嵌式離合器。2〕對低速、剛性小，有偏斜的軸，可選用可移動式剛性聯軸器或彈性聯軸器，如十字滑塊聯軸器、齒輪聯軸器或彈性套柱銷聯軸器。假設兩軸有隨時離合要求，可選用摩擦離合器。3〕對高速、變載荷，啟動頻繁的軸，最好選用具有緩沖及減振性能的彈性聯軸器。4〕假設兩軸有隨時離合要求，雙向傳動時可選摩擦離合器，單向傳動時，可選超越離合器。13.4聯軸器和離合器的選用聯軸器與離合器的種類很多，且多數已經標準化和系列化了，一般不必另行設計。通常可先根據機械的工作要求，例如軸的同心條件、載荷、速度、安裝、維修、使用、外形、絕緣等要求以及制造等因素，選擇適宜的類型，然后再按軸的直徑、轉速和計算轉矩從有關手冊中查出適用的型號和尺寸。必要時，還應該校核其中關鍵零件的強度。如果根據工作要求需要自行設計時，可參照同類連軸器和離合器的主要尺寸關系來確定結構尺寸，然后，再作必要的校核計算。13.4.2型號和尺寸要求當聯軸器或離合器的類型確定之后，可根據被連接軸的直徑、轉速和計算轉矩，從手冊中選定具體型號和尺寸，并應注意：兩軸直徑應在所選型號規定的孔徑范圍之內，軸的最大轉速應小于或等于所選型號的規定值。由于機器轉動時的慣性力和過載影響，軸所傳動的最大轉矩要比正常工作時的轉矩大得多，并且不易準確求出。因此常以計算轉矩作為選擇和計算的依據，即13.4聯軸器和離合器的選用13.5.1抱塊式制動器圖13.17所示為抱塊式制動器的結構。常閉式(通電時松閘，斷電時制動)抱塊式制動器的工作原理是：主彈簧3通過制動臂4使閘瓦塊2壓緊在制動輪1上，制動器經常處于閉合狀態。當松閘器6通電時，電磁力頂起立柱，通過推桿5和制動臂4操縱閘瓦塊2與制動輪1松開。閘瓦塊2磨損時可以調節推桿5的長度進行補償。這種制動器結構簡單，性能可靠，間隙調整方便且散熱較好。但由于接觸面有限，使制動力矩較小，且外形尺寸較大。一般用于工作頻繁且空間較大的場合。常閉式制動器比較平安，一般用于起重運輸機械。常開式(通電時制動，斷電時松閘)制動器適用于車輛的制動。13.5制動器制動器主要用于降低正在運行著的機械或機構的速度或使其停止，有時也有限制速度的作用，是保護機械平安正常工作，控制機械速度的主要零件。對制動器的要求是：制動可靠，操縱靈活，散熱好，體積小等。在機器中，常用的制動器為摩擦式制動器。13.5制動器圖13.17外抱塊式制動器1.制動輪；2.閘瓦塊；3.主彈簧；4.制動臂；5.推桿；6.松閘器13.5.2內漲蹄式制動器圖13.18是內漲蹄式制動器的工作簡圖。兩個制動蹄2和7(外外表安裝了摩擦片3)分別通過銷軸1和8與機架鉸接。壓力油通過雙向作用泵4推動左右兩個活塞使兩個制動蹄2和7壓緊制動輪6。壓力油卸載后，兩個制動蹄2和7在彈簧5的作用下與制動輪6別離。這種制動器結構緊湊，在各種車輛及結構尺寸受限制的機械中應用廣泛。13.5制動器圖13.18內漲蹄式制動器1、8.銷軸；2、7.制動蹄；3.摩擦片；4.泵；5.彈簧；6.制動輪13.5.3帶式制動器圖13.19是由杠桿控制的帶式制動器的工作原理圖。制動力FQ通過杠桿放大后使鋼帶張緊并環繞于要制動的輪緣上，從而實現制動。這種制動器的結構簡單，制動力矩較大，但被制動的輪軸要受到彎矩，制動帶通常會磨損不均，工作過程中的發熱也較大。常在一些小型起重機械和汽車的制動中應用。應當指出，制動器的選用和制動力矩的計算，主要取決于工況、價格、制動器種類等因素，應視具體情況而定。13.5制動器圖13.19帶式制動器13.6.1

概述彈簧是一種彈性元件。它具有屢次重復地隨外載荷的大小產生相應的彈性變形，而卸載后又立即恢復原狀的特性。很多機械正是利用彈簧的這一特性來滿足某些特殊要求，因而被廣泛應用于各種機器、儀表及日常用品中。在不同的場合，彈簧所起的作用也不同，其主要功用有：1)減振和緩沖，如汽車、火車的減振彈簧和各種緩沖器中的彈簧。2)控制機構的運動，如控制內燃機汽缸閥門開啟的彈簧。3)儲存及輸出能量，如鐘表彈簧、槍閂彈簧等。4)測量力的大小，如測力器和彈簧秤中的彈簧等。13.6彈簧1.彈簧的應用彈簧的類型按所承受的載荷不同，可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧四種；按結構可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環行彈簧、盤簧和板彈簧等。彈簧的主要類型、特點及應用見表13.2。在一般機械中，最常用的是圓柱螺旋彈簧。2彈簧的類型13.6彈簧13.6彈簧〔1〕彈簧的材料彈簧常在變載荷和沖擊載荷作用下工作，而且要求在較大的彈性變形下不能產生塑性變形。因此要求彈簧材料具有較高的抗拉強度極限、彈性極限和疲勞強度極限，同時要求有良好的熱處理性能。常用彈簧材料和許用應力見表13.3。13.6彈簧3.彈簧的材料和制造〔2〕彈簧的制造螺旋彈簧的制造工藝包括卷繞、兩端面加工〔壓縮彈簧〕或制作掛鉤〔拉伸彈簧和扭轉彈簧〕、熱處理和工藝性實驗，必要時，還需進行強壓處理或噴丸處理。大量生產時，是在萬能自動卷簧機上卷制的；單件及小批生產時，那么在普通車床上或在手動卷繞機上卷制。彈簧的卷繞方法有冷卷和熱卷兩種。彈簧絲直徑小于(8～10mm)時用冷卷法，卷前已經熱處理，卷后只需低溫回火以消除內應力。直徑大于8mm時，采用熱卷〔熱卷溫度為800～1000℃〕法，熱卷后經淬火和中溫回火處理。為了提高彈簧的承載能力，在彈簧制成后，可再進行強壓處理或噴丸處理；還要進行外表質量檢驗，外表應光潔、無裂紋、無傷痕、無脫碳等缺陷，以提高彈簧疲勞壽命。13.6彈簧13.6.2

圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的幾何參數和特性曲線壓縮彈簧除參加變形的工作圈數外，兩端各有3/4～4/5圈與鄰圈并緊，只起支承作用，不參與變形，故稱支承圈(或死圈)。支承圈端面與彈簧座接觸，最常見的端部結構有并緊磨平的YⅠ型和并緊不磨平的YⅡ型兩種，如圖13.20所示。13.6彈簧1.圓柱螺旋彈簧的端部結構圖13.20

圓柱螺旋壓給彈簧的端面