第十五章联轴器和离合器 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 第十五章联轴器和离合器 1.教学目标 1.了解常用联轴器的类型和特点、选择和标记方法 2.了解常用离合器的类型和特点; 2.教学重点和难点 【重点】联轴器的类型和特点; 【难点】联轴器的选择 3.讲授方法:多媒体和演示柜教学 正文 §15.1概述 联轴器、离合器是机械中常用的部件,如图所示的就有联轴器和离合器的使用。显然可以知 道,在机器中使用联轴器和离合器的目的就是为了实现两轴 离合器 的联接,以便于共同回转并传递动力。其中,用联轴器联接 的两轴,须在机器停止运转后才能拆卸分离;而离合器联接 的两轴,则在机器运转过程中即可随时结合和分力,从而达 制动器 电动机联轴器减速器 到操纵机器传动系统的断续,以便进行变速和换向等。 联轴器和离合器的类型很多,其中有些已经标准化。在选择时可根据工作要求,选定合适的 类型,再按被联接轴的直径、转距和转速从有关手册中查取适用的型号和尺寸,必要时再作进一 步的验算。 由于联轴器和离合器的种类繁多,本章进对少数典型结构及其有关知识作些介绍,以便为选
第十五章 联轴器和离合器 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 271 第十五章 联轴器和离合器 1．教学目标 1．了解常用联轴器的类型和特点、选择和标记方法； 2．了解常用离合器的类型和特点； 2．教学重点和难点 【重点】 联轴器的类型和特点； 【难点】 联轴器的选择 3．讲授方法：多媒体和演示柜教学 正 文 §15.1 概述 联轴器、离合器是机械中常用的部件，如图所示的就有联轴器和离合器的使用。显然可以知 道，在机器中使用联轴器和离合器的目的就是为了实现两轴 的联接，以便于共同回转并传递动力。其中，用联轴器联接 的两轴，须在机器停止运转后才能拆卸分离；而离合器联接 的两轴，则在机器运转过程中即可随时结合和分力，从而达 到操纵机器传动系统的断续，以便进行变速和换向等。 联轴器和离合器的类型很多，其中有些已经标准化。在选择时可根据工作要求，选定合适的 类型，再按被联接轴的直径、转距和转速从有关手册中查取适用的型号和尺寸，必要时再作进一 步的验算。 由于联轴器和离合器的种类繁多，本章进对少数典型结构及其有关知识作些介绍，以便为选 图 15－1
第十五章联轴器和离合器 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 用和自行创新设计提供必要的基础。 §132联轴器的种类和特性 联轴器历联接的两抽由于制造及安误差、日日 )轴向位移x 承载后的变形以及温度变化的影响等等,往往不 b)径向位移y 能保证严格的对中,而是存在着某种程度的相对 位移,如图所示。这就要求所设计的联轴器,要 d)综合位移xy、a 从结构上采取各种措施,使之具有适应一定范围的相对位移的性能。 根据联轴器有无弹性元件,可以将联轴器分为两大类,即刚性联轴器和弹性联轴器。刚性联 轴器又根据器结构特点分为固定式和可移动式两类,固定式联轴器要求被联接的两轴中心线严格 图15-2 对中。而可移动式联轴器允许两轴有一定的安装误差,对两轴的位移有一定的补偿能力。弹性联 轴器视其所具有弹性元件材料的不同,又可以分为金属弹簧式和非金属弹性元件式两类。弹性联 轴器不仅能在一定范围内补偿两轴线间的位移,还具有缓冲减振的作用。 刚性固定式联轴器 刚性固定式联轴器具有结构简单、成本低的优点。但对被联接的两轴间的相对位移缺乏补偿 能力,故对两轴对中性要求很高。如果两轴线发生相对位移时,就会在轴、联轴器和轴承上引起 附加的载荷,使工作情况恶化。所以常用于无冲击、轴的对中性好的场合。这类联轴器常见的有 套筒式、凸缘式以及夹壳式等。我们主要介绍套筒式和凸缘式。 1、套筒式联轴器 这是一类最简单的联轴器,如图所示。这种联 轴器是一个圆柱型套筒,用两个圆锥销键或螺钉与 轴相联接并传递扭矩。此种联轴器没有标准,需要 D=(1.5-2)d;L=(2.8~4)d
第十五章 联轴器和离合器 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 272 用和自行创新设计提供必要的基础。 §13.2 联轴器的种类和特性 联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、 承载后的变形以及温度变化的影响等等，往往不 能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对 位移，如图所示。这就要求所设计的联轴器，要 从结构上采取各种措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。 根据联轴器有无弹性元件，可以将联轴器分为两大类，即刚性联轴器和弹性联轴器。刚性联 轴器又根据器结构特点分为固定式和可移动式两类，固定式联轴器要求被联接的两轴中心线严格 对中。而可移动式联轴器允许两轴有一定的安装误差，对两轴的位移有一定的补偿能力。弹性联 轴器视其所具有弹性元件材料的不同，又可以分为金属弹簧式和非金属弹性元件式两类。弹性联 轴器不仅能在一定范围内补偿两轴线间的位移，还具有缓冲减振的作用。 一、刚性固定式联轴器 刚性固定式联轴器具有结构简单、成本低的优点。但对被联接的两轴间的相对位移缺乏补偿 能力，故对两轴对中性要求很高。如果两轴线发生相对位移时，就会在轴、联轴器和轴承上引起 附加的载荷，使工作情况恶化。所以常用于无冲击、轴的对中性好的场合。这类联轴器常见的有 套筒式、凸缘式以及夹壳式等。我们主要介绍套筒式和凸缘式。 1、套筒式联轴器 这是一类最简单的联轴器，如图所示。这种联 轴器是一个圆柱型套筒，用两个圆锥销键或螺钉与 轴相联接并传递扭矩。此种联轴器没有标准，需要 图 15－2
第十五章联轴器和离合器 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 自行设计,例如机床上就经常采用这种联轴器。 图15-3 2、凸缘式联轴器 刚性联轴器种使用最多的就是凸缘式联轴 器。它由两个带凸缘的半联轴器组成,两个半联 轴器通过键分别与两轴相联接,并用螺栓将两个团 半联轴器联成一体,如图所示。 按对中方式分为I型和Ⅱ型:I型用肩和凹槽(D)对中,图15一4全联接,工作时靠 两半联轴器接触面间的摩擦力传递转矩,装拆时需要作轴向移动。Ⅱ型用铰制孔螺栓对中,螺栓 与孔为略有过盈的紧配合,工作时靠螺栓受剪与挤压来传递转矩。装拆时不需要作轴向移动,但 要配铰螺栓孔 对于受中等载荷,圆周速度小于35m/s时,凸缘联轴器的材料可以使用HT200等灰铸铁。 重载或圆周速度大于30m/s时可以采用35、45铸钢或锻钢。 凸缘式联轴器结构简单、价格低廉,使用方便,能传递较大的转距,但要求被联接的两轴必 须安装准确,亚哥对中。它适用于工作平稳、刚性好和速度较低的场合。凸缘联轴器的尺寸可以 按照标准GB5843-86选用 刚性可移式联轴器 1、十字滑块联轴器 十字滑块联轴器是由两个端面带槽的套筒1、3和两侧面各 具有凸块的浮动盘组成,如图所示。浮动盘两侧的凸块相互垂直 分别嵌裝在两个套筒的凹槽中。浮动盘的凸块可在套筒的凹槽中 滑动,故允许一定的径向位移(即偏心距)y≤0.04d,和角位移 273
第十五章 联轴器和离合器 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 273 自行设计，例如机床上就经常采用这种联轴器。 2、凸缘式联轴器 刚性联轴器种使用最多的就是凸缘式联轴 器。它由两个带凸缘的半联轴器组成，两个半联 轴器通过键分别与两轴相联接，并用螺栓将两个 半联轴器联成一体，如图所示。 按对中方式分为Ⅰ型和Ⅱ型：Ⅰ型用凸肩和凹槽（D1）对中，并用普通螺栓联接，工作时靠 两半联轴器接触面间的摩擦力传递转矩，装拆时需要作轴向移动。Ⅱ型用铰制孔螺栓对中，螺栓 与孔为略有过盈的紧配合，工作时靠螺栓受剪与挤压来传递转矩。装拆时不需要作轴向移动，但 要配铰螺栓孔。 对于受中等载荷，圆周速度小于 35m/s 时，凸缘联轴器的材料可以使用 HT200 等灰铸铁。 重载或圆周速度大于 30m/s 时可以采用 35、45 铸钢或锻钢。 凸缘式联轴器结构简单、价格低廉，使用方便，能传递较大的转距，但要求被联接的两轴必 须安装准确，亚哥对中。它适用于工作平稳、刚性好和速度较低的场合。凸缘联轴器的尺寸可以 按照标准 GB5843-86 选用。 二、刚性可移式联轴器 1、十字滑块联轴器 十字滑块联轴器是由两个端面带槽的套筒 1、3 和两侧面各 具有凸块的浮动盘组成，如图所示。浮动盘两侧的凸块相互垂直， 分别嵌装在两个套筒的凹槽中。浮动盘的凸块可在套筒的凹槽中 滑动，故允许一定的径向位移（即偏心距）y≤0.04d，和角位移 α≤0.5º 。 图 15－3 图 15－4 图 15－5
第十五章联轴器和离合器 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 这种联轴器零件的材料可用45号钢,工作表面须经热处理以提高其硬度;要求较低时也可 以用Q275钢,不进行热处理。为了减少摩擦及磨损,使用时应中间盘的油孔注油进行润滑。 因为半联轴器与中间盘组成移动副,不能发生相对转动,故主动轴与从动轴的角加速度应该 相等。但在两轴间有相对位移的情况下工作时,中间盘会产生很大的离心力,从而增大动载荷及 磨损。因此选用时应该注意其工作速度不得大于规定值 这种联轴器一般用于转速n<250r/min,轴的刚度较大,且无剧烈冲击。 效率η=1-(3~5)yd,这里f为摩擦系数,一般取为012~0.25;y为两轴间径向位移量, 单位mm;d为轴径,单位mm。 2、滑块联轴器 滑块式联轴器与十字块联轴器 相似,只是两边半联轴器上的沟槽 很宽,并把原来的中间盘改为粮棉 图15-6 不带凸牙的方形滑块,且通常用夹布胶木制成。由于中间滑块的质量减小,又有弹性,故具有较 高的极限转速。中间滑块也可以用尼龙6制成,并在装配时加入少量的石墨或〓硫化钼,以便在 使用时可以自行润滑 这种联轴器结构简单、尺寸紧凑,适用于小功率、中等转速且无剧烈冲击的场合。使用时可 以按照JB/Q4384-86选用。 3、万向联轴器 万向联轴器又称万向铰链机构,用以传递两轴间夹角可 以变化的、两相交轴之间的运动。这种机构广泛地应用于汽 图13-1
第十五章 联轴器和离合器 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 274 这种联轴器零件的材料可用 45 号钢，工作表面须经热处理以提高其硬度；要求较低时也可 以用 Q275 钢，不进行热处理。为了减少摩擦及磨损，使用时应中间盘的油孔注油进行润滑。 因为半联轴器与中间盘组成移动副，不能发生相对转动，故主动轴与从动轴的角加速度应该 相等。但在两轴间有相对位移的情况下工作时，中间盘会产生很大的离心力，从而增大动载荷及 磨损。因此选用时应该注意其工作速度不得大于规定值。 这种联轴器一般用于转速 n < 250r/min，轴的刚度较大，且无剧烈冲击。 效率 η＝1－（3～5）y/d，这里 f 为摩擦系数，一般取为 0.12～0.25；y 为两轴间径向位移量， 单位 mm；d 为轴径，单位 mm。 2、滑块联轴器 滑块式联轴器与十字块联轴器 相似，只是两边半联轴器上的沟槽 很宽，并把原来的中间盘改为粮棉 不带凸牙的方形滑块，且通常用夹布胶木制成。由于中间滑块的质量减小，又有弹性，故具有较 高的极限转速。中间滑块也可以用尼龙 6 制成，并在装配时加入少量的石墨或二硫化钼，以便在 使用时可以自行润滑。 这种联轴器结构简单、尺寸紧凑，适用于小功率、中等转速且无剧烈冲击的场合。使用时可 以按照 JB/ZQ4384-86 选用。 3、万向联轴器 万向联轴器又称万向铰链机构，用以传递两轴间夹角可 以变化的、两相交轴之间的运动。这种机构广泛地应用于汽 图 13-1 图 15－6
第十五章联轴器和离合器 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 车、机床、轧钢等机械设备中。 图15-7所示即为万向铰链机构的结构示意图 轴Ⅰ、Ⅱ的末端各有一叉,分别用转动副A-A及B-B与一个“十字形”构件相连。所有转 图15-7 动副的回转中心(轴线)交于一点O,两轴间的夹角为a。 我们可以看出当轴Ⅰ旋转一周时,轴Ⅱ显然也将随之转一周,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。万向铰链的这种特性称作瞬时 传动比的不均匀性。 下面我们就来证明这一特性。 如图13-2(a)中,主动轴I的叉面与图纸平行时,这时从动轴正的叉面显然与图纸平面垂直。 轴I、Ⅱ的角速度矢量有如下关系 图15-8 n=01+n (根据理论力学中的角速度矢量分析法) 式中 ω1为轴Ⅰ的角速度矢量,沿轴线I,方向由右手定则确定,向右 n为轴Ⅱ的角速度矢量,沿轴线Ⅱ;Om为轴Ⅱ相对于轴I的相对角速度矢量。 由于轴相对于轴I只能绕AA及BB两轴相对转动,故在一般位置时,Om可以分解为沿 轴AA及BB的两个分量om与omB在图(a)所示的瞬间,由于O1、On、Omu均在图纸 275
第十五章 联轴器和离合器 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 275 车、机床、轧钢等机械设备中。 图 15-7 所示即为万向铰链机构的结构示意图。 轴Ⅰ、Ⅱ的末端各有一叉，分别用转动副 A-A 及 B-B 与一个“十字形”构件相连。所有转 动副的回转中心（轴线）交于一点 O，两轴间的夹角为 。 我们可以看出当轴Ⅰ旋转一周时，轴Ⅱ显然也将随之转一周，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。万向铰链的这种特性称作瞬时 传动比的不均匀性。 下面我们就来证明这一特性。 如图 13-2(a)中，主动轴Ⅰ的叉面与图纸平行时，这时从动轴Ⅱ的叉面显然与图纸平面垂直。 轴Ⅰ、Ⅱ的角速度矢量有如下关系： • • • = + （根据理论力学中的角速度矢量分析法） 式中： • 为轴Ⅰ的角速度矢量，沿轴线Ⅰ，方向由右手定则确定，向右。 • 为轴Ⅱ的角速度矢量，沿轴线Ⅱ； • 为轴Ⅱ相对于轴Ⅰ的相对角速度矢量。 由于轴Ⅱ相对于轴Ⅰ只能绕 AA 及 BB 两轴相对转动，故在一般位置时， • 可以分解为沿 轴 AA 及 BB 的两个分量 • A 与 • B 。在图 (a)所示的瞬间，由于 • 、 • 、 • A 均在图纸 图 15-8 图 15－7