机械设计 [重点] 1、典型联轴器的工作原理、性能、结构特点和类型选择； 2、离合器的基本概念，典型结构，选用原则。 [要求] 1、掌握联轴器和离合器的功用和分类； 2、掌握常用联轴器的结构特点、工作原理、使用场合及选用与计算方式； 3、掌握常用离合器的结构、工作原理、性能特点和选择及计算方式； 4、了解计算载荷和载荷系数。 联接两轴一起运转，传递运动和转矩（只传递T,不传递M）。 有的可用作安全保护装置。 联轴器——联接的两轴只有停车后经拆卸才能分离 离合器——联接的两轴可在机器工作中方便地实现分离与接合 一、功用 二、区别 三、应用 可将整机分为部件，便于制造、装卸、运输。离合器还可操纵机器 的启动、制动、换向和变速。 联轴器和离合器种类很多，有些已经标准化，本章仅介绍常见的类型 联轴器和离合器 刚性联轴器 联轴器分类： 弹性联轴器 凸缘联轴器 套筒联轴器 夹壳式联轴器 剪销式安全联轴器 齿轮联轴器 十字滑块联轴器 万向联轴器 簧片联轴器 蛇形弹簧联轴器 弹性套柱销联轴器 弹性柱销联轴器 梅花形弹性联轴器 轮胎式联轴器 刚性固定式 要求两轴严格对中， 工作时两轴不能移动。 无弹性元件挠性联轴器 允许两轴有一定位移,靠运动副组成得动联接补偿轴的偏移。 金属弹性元件联轴器 靠金属弹性元件的变形补偿两轴的偏移 非金属弹性元件联轴器 利用非金属弹性元件的变形补偿轴的偏移。 强度高，承载能力大,E大且稳定,受T影响小,但成本高。 E变化范围大,阻尼效应好,重量轻,成本低,但强度低,承载能力小,寿命较短。 一、刚性固定式联轴器 （一）套筒联轴器 （图19.4） 组成：套筒+联接零件(键或销钉传递T) 套筒材料：35 或 45钢 特点：结构相对比较简单，径向尺寸小，成本低。 应用：载荷不大，工作平稳，两轴严格对中处， 在机床工业中大范围的应用。 （二）凸缘联轴器 （图19.3） 组成：两个带凸缘的半联轴器，分装在两轴端，靠螺栓连接—传递T 凸肩与凹槽嵌合对中(b)—拆开时要做轴向移动。(普通螺栓连接) 铰制孔螺栓对中(a)—拆下螺栓即可分开两轴，装拆方便 工作原理：铰制孔螺栓连接——靠螺栓受挤压和剪切传递转矩 （点击看图） 普通螺栓连接——靠凸缘接合面上的摩擦力传递转矩（联轴器材料：HT200——用于转矩中等以下，v ≤35m/s； ZG270-500或35钢——用于重载，v 高的场合。点击看图） （动画） 特点：结构相对比较简单，对中较可靠，传递转矩大，但不消振。 应用：转速低，轴刚性大，载荷平稳，两轴严格对中，无冲击的场合。 尺寸已标准化，见GB5843-86，重要场合要验算螺栓连接的强度。 剪销式安全联轴器 将螺栓联接→销钉联接，过载时销钉剪断，以防重要零件损坏。（点击看图） 二、刚性可移式联轴器 由于制造安装误差,轴变形及温度变化等原因,使两轴不能够确保严格对中,而存在不同程度的偏移或偏斜 两轴的偏移形式：图19.1 若用刚性联轴器将引起附加动载荷， ∴要求联轴器或离合器从结构上适应任何形式的偏移，以保障正常工作。 （一）滑块联轴器 （图19.10） 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 特点：浮动盘中心的运动轨迹为圆，其直径等于两轴的偏心距e =△y， 在两轴有相对位移情况下工作时，中间盘会产生很大的离心力从而增大动载荷及磨损。因此选用时应注意其工作转速小于规定值。 材料：两半联轴器——45钢或ZG310-570（大尺寸用） 中间浮动盘——45钢，表面淬火 应用：径向偏移△y较大，T大，无冲击，低速传动的两轴联接， 允许 nmax =100~250r/min ， △y≤0.04d , △α≤30′。 （二）齿轮联轴器 （图19.7） 组成：两个带外齿的半联轴器1＋两个带内齿的外壳3＋联接螺栓5，靠内外齿啮合传递 T。 特点：①齿形为渐开线； ②外齿齿顶承椭球面,且与内齿啮合后有 适当的顶隙和侧隙∴允许较大的综合偏移； ③外壳内贮油，以便润滑啮合齿轮； ④因啮合传动，传递转矩大； ⑤制造困难，成本高。 材料：45锻钢或铸钢，HB≥250；外壳HB≥290。 应用：重型机械，允许 △y＝2.4~6.3mm，△α＜3°。 因计算困难，一般根据转矩查标准，选取合适的尺寸 （三）万向联轴器 （图19.13） 组成：两个叉形接头1、3 ＋ 中间十字轴2 ＋ 轴销(在十字轴里)—构成可动的联接。 ①允许两轴间有较大的角偏移,αmax=35°～45°(但α↑η↓)； ②运转中α变化也能工作，但瞬时传动比变化，且ω1≠ω2； ③径向尺寸小。 缺点:当主动轴角速度ω1为常数时，从动轴的角速度ω3在一些范围内 (ω1cosα≤ω3 ≤ω1/cosα)变化，→引起附加动载荷。 ∴ 常将万向联轴器成对使用——双万向联轴器（动画） 为使ω3=ω1 ，安装注意： ①一定要保证主从动轴与中间联接轴之间的夹角相等， ②中间轴两端的叉形接头应在同一平面内。 α1＝α2 α1＝α2’ 这时，中间轴转速仍不均匀，但因惯性不大，产生的动载荷也不大。 万向联轴器结构简图 双万向联轴器示意图 材料：合金钢 40Cr，20Cr等。 应用：机床、汽车、工程机械等设备中。 以上各种联轴器的共同特点： 1）刚性零件，∴缺乏缓冲吸振能力； 2）有相对滑动的零件,∴磨损↑间隙↑,当载荷、速度变化时,引起冲击； 3）零件间的摩擦阻力随载荷的增加而增加，当阻力达到某些特定的程度时，零件移动困难→附加动载荷。 ∴ 要求这类联轴器摩擦表面硬度高，且需润滑以减少摩擦阻力。 四、非金属弹性元件联轴器 （一）弹性套柱销联轴器 组成： 两半联轴器 ＋ 套有弹性圈的柱销 特点： 结构相对比较简单，成本低，允许综合偏移，且缓冲、吸振。 允许最大偏移量： △y＝0.2~0.7mm, △x=2~7.5mm, △α=30′～1°30′ 注：为补偿较大的△x，安装时要留出间隙C,设计时要留出距离A，以便更换橡胶圈时不必拆开两轴。（见图19.18） 材料： 半联轴器——HT200,ZG270-500,或35钢 柱销——35钢，正火处理 弹性套——天然橡胶或合成橡胶 应用： 启动频繁,变载下工作的轴联接；工 作温度t=-20~50℃；圆周速度Vmax＜30m/s；确保无油和其它有害于橡胶的介质。 非金属材料的弹性元件都是变刚度的，常用非金属材料的刚度多随载荷的增大而增大，故缓冲性好，非常适合于工作载荷有较大变化的机器。 （二）弹性柱销联轴器 （图19.19） 组成：两半联轴器 ＋ MC尼龙柱销 + 两侧挡板（以防柱销滑出） 特点：结构相对比较简单,制造容易,维护方便,传递T大,允许较大的△y,缓冲、吸振,但对温度敏感,不宜用于高温。 允许偏移量： △y＝0.15~0.25mm, △α=30′ 工作 温度： t= -20~60℃ 应用：代替弹性套柱销联轴器，传递大的T。 （三）梅花形弹性联轴器 （图19.21） 组成：将梅花形弹性元件置于两半联轴器的凸爪之间,工作时弹性件受挤压并传递转矩。 特点：结构相对比较简单，价格低，有良好的补偿位移和减振能力。 允许偏移量：△y＝0.5~1.8mm, △x＝1.2~5mm, △α=1°~2° 允许外缘速度：铸铁V=30~50m/s；铸钢V=60m/s; 锻钢V=100~120m/s 。 弹性元件材料：丁腈橡胶，聚氨脂，尼龙等。 （四）轮胎式联轴器 （图19.22） 特点：富有弹性，消振能力强，扭转刚度小，但径向尺寸较大， 过载时产生附加轴向载荷。 组成：轮胎状弹性元件 ＋加紧板 ＋两半联轴器 ＋螺钉 允许偏移量：△y＝0.01D, △x＝0.02D, △α=5°~12°(D为轮胎外径) 应用：起动频繁，正反转向，nmax=5000r/min,冲击大的两轴联接。 五、联轴器的选择 1.类型选择：根据机器工作条件、特点及要求，结合各类联轴器的性能选择。 原则： 低速，刚性大的短轴——刚性固定式联轴器 转速低，刚性小的长轴——刚性可移式联器 转矩较大的重型机械——齿轮联轴器 中高转速，有振动的轴——弹性联轴器 轴线相交的两轴——万向联轴器 有安全保护要求时——安全联轴器 计算转矩Tc： Tc＝KAT 使联轴器 d轴＝d孔(mm), 长度L及孔的结构及形式由详细情况而定； Tc≤[T](Nm)， Tc—计算转矩，[T]—许用转矩或公称转矩； n≤[n] (r/min) ， n—轴的实际转速，[n]—联轴器的许用转速。 T—所传递的名义转矩Nmm ; KA—工作情况系数，表19.3 2.尺寸选择：据 n、d、Tc 查标准，定具体型号尺寸必要时，对 主要零件进行强度验算。 机械设计

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