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第11章 联轴器、离合器
学习目标:
1）掌握常用联轴器、万向节、离合器及制动器的主要类型和结构特点；
2）了解联轴器、万向节、离合器及制动器的工作原理及其在汽车中的应用。
3)联轴器、离合器、制动器的选用和维护。
联轴器、离合器
联轴器和离合器都是用来联接两轴，使两轴一起转动并传递转矩的装置；
在工作过程中，使两轴始终处于联接状态的称联轴器，可使两轴随时分离或接合的称离合器。
以上部件大多已标准化、规范化。
一、联轴器
联轴器通常用来联接两轴并在其间传递运动和转矩；
具有吸收振动和缓和冲击的能力；
可以作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用；
用联轴器联接轴时只有在机器停止运转，经过拆卸后才能使两轴分离。
联轴器的功用和分类
功用：把两轴联结起来,共同回转并传递动力。此外，有些联轴器还有位置补偿和吸振、缓冲的作用；
分类：
刚性固定式
刚性可移式
刚性联轴器
弹性联轴器
联轴器
弹性套柱销联轴器　
弹性柱销联轴器
轮胎连联轴器
固定联轴器：要求被联接的两轴中心线严格对中,；
可移式联轴器：允许两轴有一定的安装误差。
弹性联轴器：其中的弹性元件材料不同,能在一定范围内补偿两轴线间的位移，还有缓冲减震的作用。
位移补偿
联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形、轴承磨损、回转零件不平衡以及温度变化的影响，两轴的轴线往往存在着某种程度的相对位移与偏斜；
联轴器要从结构上采取各种不同的措施，使联轴器具有补偿各种偏移量的性能，否则就会在轴、联轴器、轴承设计中引起附加载荷，导致工作情况恶化。
两轴间的相对位移
固定式刚性联轴器
特点:
结构简单,成本低廉；
但对被联接的两轴间的相对位移缺乏补偿能力；
对两轴的对中性要求很高,若两轴线发生相对位移,就会在轴、联轴器和轴承上引起附加载荷；
适用：无冲击、轴的对中性好的场合。
套筒联轴器

凸缘联轴器
凸缘联轴器结构特点：
组成：
两个带凸缘的半联轴器和一组螺栓；
对中方式：
1、通过分别具有凸槽和凹槽的两个半联轴器的相互嵌合来对中，半联轴器采用普通螺栓联接；
2、通过铰制孔用螺栓与孔的紧配合对中，当尺寸相同时后者传递的转矩较大，且装拆时轴不必作轴向移动。
靠预紧普通螺栓在凸缘边接触表面产生的摩擦力传递力矩；
用铰制孔螺栓对中，靠螺杆承受挤压与剪切传递力矩。
凸缘联轴器装配图
凸缘联轴器工程实例：
凸缘联轴器特点：
结构简单，传递扭矩大；
传力可靠、对中性好；
拆装简便、应用广泛；
但不具有位移补偿功能；
按标准选用。
夹壳式联轴器
刚性可移式联轴器
刚性可移式联轴器
十字滑块联轴器
万向联轴器
齿式联轴器
齿式联轴器
齿式联轴器结构
齿式联轴器结构特点：
组成：
两个带有内齿及凸缘的外套筒、 两个带外齿的内套筒；
工作原理：
外套筒1
外套筒2
内套筒1
内套筒2
轴1
轴2
键1
键2
螺栓
联接
啮 合
啮 合
齿式联轴器特点及应用：
特点：
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，齿顶和齿侧留有较大的间隙。
通过啮合齿间的顶隙、侧隙，具备有允许两轴间有径向、轴向、角综合位移补偿的功能；
成本高、安装精度高，要润滑；
应用：
广泛用于汽车等大型机械设备中。
鼓形齿
十字滑块联轴器
十字滑块联轴器结构特点
由半连轴器1、3和浮动盘2联接在一起,两轴一起转动；
浮动盘的凸榫可在半连轴器的凹槽中滑动；
摩擦较大，要加以润滑。
弹性联轴器
常用弹性联轴器
弹性套柱销联轴器
弹性柱销联轴器
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器已标准化（GB4323-84)
结构：在结构上与凸缘联轴器相似，只是用套有橡胶弹性套的注销代替了联接螺栓；
原理：利用弹性套的弹性变形来补偿两轴的相对位移 ；
特点：弹性套柱销连轴器制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套易磨损，寿命较短。
适用于：载荷平稳，正反转或启动频繁、转速高的中小功率的两轴联接。
由于尼龙柱销对温度较敏感，工作温度限制在-20℃—70℃的范围内。
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器:
弹性套柱销联轴器:
轮胎联轴器
结构：轮胎联轴器是由橡胶或橡胶织物制成轮胎形的弹性元件，通过压板与螺栓和两半联轴器相联，两半联轴器与两轴相连；
特点：这种联轴器因具有橡胶轮胎弹性元件，能缓冲吸振；
适用于：潮湿多尘，冲击大、启动频繁及经常正反转的场合
轮胎联轴器
优点
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。
缺点
承载能力小，外形尺寸较大，当转矩较大时会因为过大的扭转产生附加轴向载荷。
轮胎联轴器
联轴器的选择
包括：类型选择和尺寸选择；
选择联轴器类型时应考虑的主要因素：
⑴被联接两轴的对中性；
⑵转矩的大小和性质；
⑶轴的工作转速；
⑷工作环境、使用寿命和润滑密封条件等。
一般刚性联轴器用于载荷平稳或有轻微冲击的两轴联接；
弹性联轴器可用于两轴线有相对偏移、频繁起动、制动或载荷变化较大的两轴联接 。
联轴器类型的选择 　　
1、对于低速、刚性大的短轴，或当两轴对中准确、工作时两轴线不会发生相对位移时，可选择刚性固定式联轴器；
2、对于低速、刚性小的长轴，或当两轴的轴线有相对偏移，或基础与机架的刚性较差，工作时不能保证两轴线精确对中时，可选择刚性可移式联轴器；
3、对于有一定轴向位移和角偏移时，可选择弹性套柱联销联轴器；
4、对于有较大轴向位移和角偏移时，可选择弹性柱销连轴器；
5、对于有一定轴向位移和较大角偏移时，可选择轮胎式联轴器。
联轴器尺寸选择：
根据机器的工作情况选定连轴器的类型之后，应根据所传递的计算转矩TC、转速n和被联接轴的直径d，从有关的标准中选择具体的型号和结构尺寸；
计算转矩：Tc=KA·T
（KA—工作情况系数，T—工作转矩）
必要时对易损件进行校核计算。
万向节
是一种用以传递变夹角的相交两轴之间的运动的装置（联轴器）；
这种机构广泛地应用于汽车、机床、轧钢等机械设备中。
万向节的结构特点
结构：由一个十字轴、两个万向节叉、四个滚针轴承组成；
所有转动副的回转中心（轴线）交于一点O，两轴间的夹角为α；
特点：结构简单，效率高，允许相邻两轴的夹角为150~200。
万向节的不等速性
当轴Ⅰ旋转一周时，轴Ⅱ也将随之转一周，即两轴的平均传动比为1；
但是，两轴的瞬时传动比却不恒为1，而是作周期性变化的；
图
13
-
1
万向节的不等速性：
万向节的这种特性称作瞬时传动比的不均匀性；
结论：就单个万向节而言，在输入轴与输出轴之间有夹角时，两轴的角速度不相等，即万向节有不等速性；
两轴间的夹角α越大，从动轴速度波动越明显；
故α应<300。
为了完全消除上述万向节中从动轴变速传动的缺点，常将两个万向节成对串联使用；
例如：
汽车传动轴
传动轴
双万向节
双万向节应满足条件：
为了使该机构能获得恒定的传动比，机构要满足如下三个条件：
（1）主动轴、从动轴、中间轴的三根轴线应位于同一平面内。
（2）主动轴、从动轴与中间轴的轴间夹角应相等 ： 。
（3）中间轴两端的叉面应位于同一平面内
双万向节
离合器
离合器的功用和分类
功用:
离合器同联轴器一样，主要用于轴和轴之间的联接，使它们一起回转并传递力矩；
在机器的运转或停车过程中可随时接合或分离，而且迅速可靠，达到操纵传动系统的断续，以便进行变速及换向等 ；
而联轴器须在机器停止运转后，经拆卸才能分离联接的两轴。
离合器要求和分类：
离合器的基本要求：
操纵方便而且省力，结合和分离迅速平稳，动作准确，结构简单，维修方便，使用寿命长等；
离合器按其工作原理可分为：
牙嵌式、摩擦式和电磁式三类。
牙嵌式离合器
由两个端面带牙的半离合器所组成；
两个半离合器Ⅰ固联在主动轴上，半离合器Ⅱ用导键（或花键）与从动轴联接；
通过操纵机构使离合器Ⅱ沿导键作轴向运动，两轴靠两个半离合器端面的牙嵌合来联接。
牙嵌式离合器特点：
牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，接合后所联接的两轴不会发生相对转动；
宜用于主、从动轴要求完全同步的轴系。
摩擦离合器
工作原理：摩擦离合器是靠工作面上的摩擦力矩来传递力矩的；
特点：在接合过程中由于接合面的压力是逐渐增加的，故能在主、从动轴有较大的转速差的情况下平稳地进行接合；
过载保护作用：过载时，摩擦面间将发生打滑，从而避免其它零件的损坏。
单片摩擦离合器
单片摩擦离合器原理特点：
通过操纵机构在可移动的从动盘上施加轴向压力FA（弹簧、液压缸或电磁吸力等），使两盘压紧，产生摩擦力来传递转矩，控制两轴的动力的接合和分离；
结构简单传递扭矩小；
适用于轻型机械上。
多片摩擦离合器
多片摩擦离合器
多片摩擦离合器
多片摩擦离合器原理特点：
外壳通过花键与一组外摩擦片，联接在一起；套筒也通过花键与另一组内摩擦片联接在一起；
工作时，向左移动滑环，通过杠杆、压板使两组摩擦片压紧，离合器处于接合状态。若向右移动滑环时，摩擦片被松开，离合器实现分离。
可传递大的扭矩，但结构复杂；
适用于中、重型汽车等机械。
制动器
作用：制动器是利用摩擦力矩来降低机器转速或使其停止运动的装置；
是机器中的不可或缺的安全装置；
制动器应满足的基本要求是：
能产生足够大的制动力矩，制动平稳、可靠，操纵灵活、方便，散热好，体积小，有好的耐磨性。
抱块式制动器
制动
n
运转
抱块式制动器分为
按制动时的通电状态分：
常闭式：
通电时松闸，断电时制动，经常处于闭合状态；
用于制动频繁场合；
常开式：
通电时制动，断电时松闸，经常处于闭开状态；
常用于车辆的制动（如ABS自动防抱死装置）。
内涨蹄式制动器
1、3制动蹄
2、泵
4、销轴
5、摩擦片
特点：
结构紧凑、
制动力大。
5
5
带式制动器
带式制动器
复习与小结
本章要求掌握：
1)联轴器、万向节、离合器与制动器的工作原理及其结构特点。
2)常用的轴器、万向节、离合器与制动器的分类及其适用场合。
3）十字万向节不等速性的形成原因及其性能的差别。
4）联轴器的相关参数及其选用原则。
复习思考题与习题
1 试说明联轴器和离合器在轴联接中起到什么作用？有何区别
2 某发动机需用电动机启动，当发动机运行正常后，两机脱开，试问两机间该采用哪种离合器？
3 将本章中的联轴器、离合器分别归纳成类，并简要注明各类特点及应用。
4 万向节有什么功用？由其结构特点可分为几类各有什么特点？
5 试述球笼式等速万向节的工作原理，并说明它是如何实现等速工作的。
6 试述挠性万向节的结构特点、工作原理及适用场合。
7 试述制动器的工作原理及功用。

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