第17章聯軸器、離合器和制動器§17-1聯軸器和離合器類型和應用§17-2固定式剛性聯軸器§17-6圓盤摩擦離合器§17-3可移式剛性聯軸器§17-4彈性聯軸器§17-5牙嵌離合器§14-6制動器§17-7磁粉離合器§17-8定向離合器華南理工大學專用潘存云教授研制作用：主要用于將兩根軸聯接在一起，使它們一起旋轉，并傳遞扭矩，也可用作安全裝置。聯軸器----用于將兩軸聯接在一起，機器運轉時兩軸不能分離，只有在機器停車時才可將兩軸分離；離合器----在機器運轉過程中，可使兩軸隨時接合或分離的一種裝置。它可用來操縱機器傳動的斷續，以便進行變速或換向；§17-1聯軸器、離合器類型和應用華南理工大學專用潘存云教授研制聯軸器和離合器種類繁多，在選用標準件或自行設計時應考慮如下因素：傳遞轉矩大小;轉速高低;扭轉剛度變化;體積大小;緩沖吸振能力。華南理工大學專用潘存云教授研制

彈性聯軸器包含有彈性元件，除了能補償兩軸間的相對位移外，還具有吸收振動和緩和沖擊的能力。

聯軸器分類：剛性聯軸器彈性聯軸器剛性聯軸器由剛性傳力件組成，它又可分為固定式和可移式兩種類型。固定式剛性聯軸器不能補償兩軸的器能補償兩軸間的相對位移。華南理工大學專用潘存云教授研制離合器的分類嵌入式摩擦式對離合器的基本要求1.分離、接合迅速，平穩無沖擊，分離徹底，動作準確可靠；2.結構簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；3.接合元件耐磨性好，使用壽命長，散熱條件好；4.操縱方便省力，制造容易，調整維修方便。華南理工大學專用潘存云教授研制

聯軸器和離合器已標準化。一般可先依據機器的工作條件選定合適的類型，然后按照計算轉矩、軸的轉速和軸端直徑從標準中選擇所需的型號和尺寸。必要時還應對其中的某些零件進行驗算。

計算轉矩Tc應考慮機器起動時的慣性力、機器在工作中承受過載和受到可能的沖擊等因素，按下式確定式中，T為名義轉矩；KA為工作情況系數，其值見表17-1。

Tc＝KAT （17-1）華南理工大學專用潘存云教授研制表17-1工作情況系數KA原動機發電機、小型通風機、小型離心機1.31.51.82.2透平壓縮機、木工機械、輸送機1.51.72.02.4攪拌機、增壓機、有飛輪的壓縮機1.71.92.22.6織布機、水泥攪拌機、拖拉機1.92.12.42.8挖掘機、起重機、碎石機、造紙機械2.32.52.83.2電動機多缸雙缸單缸汽輪機內燃機內燃機內燃機工作機壓延機、重型初軋機、無飛輪活塞泵3.13.33.64.0華南理工大學專用潘存云教授研制凸緣剛性聯軸器結構：半聯軸器通過鍵與軸相聯，用螺栓將兩個半聯軸器的凸緣聯接在一起。普通凸緣聯軸器絞制孔螺栓型式：有對中榫的凸緣聯軸器普通凸緣聯軸器---靠鉸制孔螺栓對中。---靠榫頭對中。普通螺栓對中榫§17-2固定式剛性聯軸器華南理工大學專用潘存云教授研制制造與安裝要求：半聯軸器的凸緣端面應與軸線垂直，安裝時應使兩軸精確對中。90?材料：一般用鑄鐵、當重載或V≥30m/s時，用鑄鋼或鍛鋼。特點：結構簡單、使用方便、傳遞扭矩較大，但不能緩沖減振。應用：用于載荷較平穩的兩軸聯接。華南理工大學專用潘存云教授研制§17-3可移式剛性聯軸器兩軸線的相對位移:

軸向、徑向、角度、綜合。yα

α

xy軸向x徑向角度綜合制造誤差安裝誤差受力變形被聯接的兩軸不能精確對中

可移式剛性聯軸器的組成零件間構成動聯接，可補償兩軸間的相對位移華南理工大學專用潘存云教授研制一、齒式聯軸器功用：能補償軸不對中和偏斜。工作范圍：正常齒：α≤30’

腰鼓齒：α≤3?α

結構：兩個有內齒的外殼，兩個有外齒的套筒，兩者齒數相同，外齒做成球形齒頂的腰鼓齒。套筒與軸用鍵聯接，兩外殼用螺栓聯接。兩端密封，空腔內儲存潤滑油。華南理工大學專用潘存云教授研制優點：傳遞扭矩大、能補償綜合位移。缺點：結構笨重、造價高。應用：用于重型傳動。華南理工大學專用潘存云教授研制二、十字滑塊聯軸器結構：兩個端面開有徑向凹槽的半聯軸器，兩端各具有凸榫的中間滑塊，且兩端榫頭互相垂直，嵌入凹槽中，構成移動副。工作原理：當兩軸存在不對中和偏斜時，滑塊將在凹槽內滑動。優缺點：結構簡單、制造容易。滑塊因偏心產生離心力和磨損，并給軸和軸承帶來附加動載荷。適用范圍：α≤30’,y≤0.04d，v≤300r/min

α

y華南理工大學專用潘存云教授研制三、萬向聯軸器作用：用于傳遞兩相交軸之間的動力和運動，而且在傳動過程中，兩軸之間的夾角還可以改變。共軸、有夾角應用：廣泛應用于汽車、機床等機械傳動系統中。α單萬向聯軸器華南理工大學專用潘存云教授研制vA1=rω1結構特點：兩傳動軸末端各有一個叉形支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構件相聯，“十字形”構件的中心位于兩軸交點處，運動分析：αα兩軸平均傳動比為1，但瞬時傳動比是動態變化的。在圖示位置I,以軸1為參考系，對A點有：以軸2為參考系，對A點有：vA2=r’ω’2Aω'2Aαω1Brr’=rcosαω’2顯然有：

vA1=vA2

α=0~45?軸間角為：華南理工大學專用潘存云教授研制r”其它位置：代入得：ααω1BBAω"2在圖示位置II,以軸2為參考系，對B點有：vB2=rω”2以軸1為參考系，對B點有：vB1=r”ω1=ω1rcosα同樣有：

vB1=vB2

r代入得：ω’’2=ω1cosαω’2〉ω1=>ω”2<ω1ω1cosαω1cosα≤ω2≤ω1=cosαω’2華南理工大學專用潘存云教授研制雙萬向鉸鏈機構將兩個單萬向鉸鏈機構串聯使用，構成雙萬向鉸鏈機構。安裝要求：①主動、從動、中間三軸共面；②主動軸、從動軸的軸線與中間軸的軸線之間的夾角應相等；③中間軸兩端的叉面應在同一平面內。ααC2αα121C為了消除從動軸變速轉動的缺點，常華南理工大學專用潘存云教授研制小型雙萬向聯軸器結構如圖所示，通常采用合金鋼制造。AAA--AAAααAAαα華南理工大學專用潘存云教授研制一、彈性套柱銷聯軸器§17-4彈性聯軸器結構特點：外觀與凸緣聯軸器相似，用帶橡膠彈性套的柱銷聯接兩個半聯軸器。預留安裝空間以便與更換橡膠套A預留間隙以補償軸向位移。c圓柱孔圓錐孔華南理工大學專用潘存云教授研制二、彈性柱銷聯軸器結構：用尼龍制成的柱銷置于兩個半聯軸器凸緣的孔中。尼龍銷擋板cc銷與擋板之間留有間隙結構簡單、更換柱銷方便。特點：上述兩種聯軸器的動力通過彈性元件傳遞，緩和沖擊、吸收振動。應用：適用于正反向變化多，啟動頻繁的高速軸。適用范圍：-12?≤t≤60?，v≤8000r/min能補償較大的軸向位移，并允許微量的徑向位移和角位移。兩種柱銷華南理工大學專用潘存云教授研制三、輪胎式彈性聯軸器結構：中間為橡膠制成的輪胎環，用止退墊板與半聯軸器聯接。特點：結構簡單、易于變形。允許較大的綜合hdvx位移。應用：適用于啟動頻繁、正反向運轉、有沖擊振動、有較大軸向位移、潮濕多塵的場合。適用范圍：5?≤α≤12?，x≤0.02D

y≤0.01D，n≤5000r/min

輪胎環D止退墊板華南理工大學專用潘存云教授研制大多數聯軸器已經標準化或規格化，一般機械設計者的任務是選用聯軸器，不需要設計。一、鏈軸器類型的選擇原則轉矩、轉速、軸徑、相對位移、工作環境、成本等1)考慮傳遞轉矩的大小、性質以及對緩沖減振要求確定型號與規格聯軸器的選擇具體應考慮如下要求▲對大功率重載傳動，宜選用齒輪聯軸器；▲嚴重沖擊載荷或消除軸系扭轉振動的傳動，宜選用輪胎聯軸器；選用原則：華南理工大學專用潘存云教授研制2)考慮工作轉速的高低和引起離心力的大小

對高速傳動軸，宜選用平衡精度較高的膜片聯軸器，不能選用存在偏心的滑塊聯軸器；安裝調整兩軸難以精確對中、或者工作中產生較大位移時，應選用撓性聯軸器：3)兩軸相對位移的大小和方向▲徑向位移較大時：=>滑塊聯軸器；▲角位移較大，或兩軸相交時：=>滑塊聯軸器4)考慮可靠性和工作環境▲由金屬制成的不需要潤滑的聯軸器工作比較可靠；▲需要潤滑的聯軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環境；華南理工大學專用潘存云教授研制▲含有橡膠等非金屬元件的聯軸器對溫度、腐蝕介質、強光等比較敏感，而且容易老化。在滿足使用要求的前提下，壓選擇裝拆方便、維護簡單、成本低廉的聯軸器。5)聯軸器的制造、安裝、維護和經濟性▲剛性聯軸器不僅結構簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動；▲彈性聯軸器具有較好的綜合性能，廣泛應用于一般的中、小傳動。6)安全性要求有安全保護要求的軸，應選用安全聯軸器。華南理工大學專用潘存云教授研制表14-1工作情況系數KA原動機(KA)發電機、小型通風機、小型離心機1.31.51.82.2透平壓縮機、木工機械、輸送機1.51.72.02.4攪拌機、增壓機、有飛輪的壓縮機1.71.92.22.6織布機、水泥攪拌機、拖拉機1.92.12.42.8挖掘機、起重機、碎石機、造紙機械2.32.52.83.2電動機多缸雙缸單缸汽輪機內燃機內燃機內燃機工作機壓延機、重型初軋機、無飛輪活塞泵3.13.33.64.0二、計算聯軸器的扭矩

計算轉矩：Tca=KATKA為工作情況系數；見下頁T為公稱扭矩；華南理工大學專用潘存云教授研制三、確定聯軸器的型號

選型依據：

Tca≤[T]，由相關標準確定型號；四、校核最大轉速n

≤nmax六、規定部件相應的安裝精度被聯接軸的轉速n，不應超過聯軸器許用的最高轉速nmax，即：五、協調軸孔直徑被聯接兩軸的直徑和形狀（圓柱或圓錐）均可以不同，但必須使直徑在所選聯軸器型號規定的范圍內，形狀也應滿足相應要求。聯軸器允許軸的相對位移偏差是有一定范圍的，因此，必須保證軸及相應部件的安裝精度。華南理工大學專用潘存云教授研制７．進行必要的校核聯軸器除了要滿足轉矩和轉速的要求外，必要時還應對聯軸器中的零件進行承載能力校核，如對非金屬元件的許用溫度校核等。選擇聯軸器的類型計算聯軸器的計算轉矩確定聯軸器的型號協調軸孔直徑校核最大轉矩規定部件相應的安裝精度進行必要的承載能力校核聯軸器的選擇流程：

華南理工大學專用潘存云教授研制§17-5牙嵌式離合器結構：由端面帶牙的固定套筒、活動套筒、對中環組成。固定套筒活動套筒滑環對中環工作原理：利用操縱桿移動滑環，實現兩套筒的結合與分離。華南理工大學專用潘存云教授研制牙型30?~40?2?~8?2?~8?60?三角形梯形鋸齒形----傳遞中小轉矩、牙數為16~60----傳遞較大轉矩、牙數為3~15梯形牙可以補償磨損后的牙側間隙。鋸齒形只能單向工作。反轉時具有較大的軸向分力，會迫使離合器自行分離。制造要求：各牙應精確等分，以使載荷均勻分布。華南理工大學專用潘存云教授研制特點：結構簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉矩。材料：低碳合金鋼：20Cr、20MnB。滲碳淬火后牙面硬度：56~62HRC;中碳合金鋼：40Cr、45MnB。表面淬火后牙面硬度：48~58HRC;承載能力：取決于齒根的彎曲強度:hKATzWD0σb=≤[σb]

2KATzD0ahp=≤[p]W-齒根彎曲截面系數；D0-牙平均直徑；a-牙的寬度。D0ah式中：h為牙齒高度；z為牙齒數；華南理工大學專用潘存云教授研制23單片式圓盤摩擦離合器摩擦扭矩:Tmax=FafRf結構：由固定圓盤1、活動圓盤2、滑環組成。工作原理：移動滑環，可實現兩圓盤的結合與分離，靠摩擦力帶動從動軸轉動。2.過載時打滑，起保護作用；3.結合平穩、沖擊和振動小。優點：1.在任何轉速條件下兩軸都可以進行結合；Fa213Fa1Rf缺點：結合過程中不可避免出現打滑，引起磨損和發熱；§17-6摩擦離合器

華南理工大學專用潘存云教授研制主動摩擦片杠桿滑環工作原理：移動滑環，通過杠桿作用，壓緊或放松磨擦片，來實現兩軸的結合與分離。調整螺母被動摩擦片多片式圓盤摩擦離合器結構特點：多個摩擦片疊加在一起；←三維動畫華南理工大學專用潘存云教授研制摩擦片材料：淬火鋼片、壓制石棉片。摩擦片數量z↑→傳遞扭矩T↑但z過大將使各層間壓力不均勻，一般取:z=12~15摩擦扭矩:Tmax=zFafRfzFaf(D1+D2)=4≥KA

T4Fap=π(D1

+D2)表面壓強:≤[p]D1D2華南理工大學專用潘存云教授研制有潤滑劑無潤滑劑[p]/MPa表17-2常用摩擦片材料的f和[p]

摩擦片材料f圓盤摩擦離合器鑄鐵—鑄鐵或鋼0.05~0.060.15~0.20.25~0.30淬火鋼—淬火鋼0.05~0.060.180.6~0.8青銅—鋼或鑄鐵0.080.17~0.180.4~0.5壓制石棉—鋼或鑄鐵0.120.3~0.50.20~0.30對于頻繁啟動的離合器，可將表中[p]降低15~30%。類型→反應敏捷，但摩擦片易磨損。油式磨擦離合器干式磨擦離合器→磨損輕微、壽命長、并能在繁重的條件下運轉。華南理工大學專用潘存云教授研制8~10?

圓錐式摩擦離合器結構：錐臺表面為摩擦接觸面。優點：由于采用了槽面摩擦原理，因此只需要很小的操縱力即能使離合器傳遞較大的轉矩。缺點：徑向尺寸較大，不如多盤式緊湊。華南理工大學專用潘存云教授研制離合器的操縱方式機械力電磁力氣動力液壓力電磁摩擦離合器結構：其結構特點與機械式多片摩擦離合器一樣。優點：由于采用了電磁力進行控制，因此控制靈活，容易實現自動化。華南理工大學專用潘存云教授研制結構：由轉子軸、左右輪輻、勵磁線圈、磁粉等組成。工作原理：通電后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依靠磁粉的結合力以及磁粉與兩工作面之間的摩擦力拉傳遞轉矩。輸出磁粉性能要求：導磁率高、剩磁小、流動性好、耐磨、耐熱、不燒結性。輸入§17-7磁粉聯軸器華南理工大學專用潘存云教授研制磁粉材料：鐵鈷鎳、鐵鈷釩等合金粉，加入少量二硫化鉬。形狀為球形或橢球形，顆粒直徑為：20~70μm。優點：1）勵磁電流I與轉矩T呈線性關系、轉矩調節簡單而且精確，調節范圍寬。2)可用作恒張力控制，是造紙機、紡織機、印刷機、繞線機等的理想裝置。3)若將主動件固定，則可作制動器使用。缺點：相對而言比較笨重。4)操縱方便、離合平穩、工作可靠。華南理工大學專用潘存云教授研制當外環反向轉動時，則帶動滾柱克服彈簧力而滾到楔形空間的寬敞位置，離合器處于分離狀態。結構：由星輪、外環、滾柱、彈簧推桿等零件組成。工作原理：當外環逆時鐘轉動時，以摩擦力帶動滾柱向前滾動，進一步楔緊內外接觸面，從而驅動星輪一起旋轉。滾柱式定向離合器滾柱在彈簧推桿作用下處于半楔緊狀態。§17-8定向離合器華南理工大學專用潘存云教授研制結構：由內環、外環、楔塊、支撐環、拉簧等零件組成。楔塊式定向離合器優點：楔塊曲率半徑大，裝入數量多，相同尺寸時傳遞的轉矩更大。缺點：高速運轉時有較大磨損，壽命較短。工作原理：內外環工作面都為圓形，整圈拉簧壓著楔塊始終與內環接觸，并力圖使楔塊繞自身作逆時鐘方向偏擺。當外環順時鐘方向旋轉時，楔塊克服彈簧力而作順時鐘方向擺動，從而在內外環間越楔越緊，離合器處于結合狀態。反向時斜塊松開而成分離狀態。華南理工大學專用