機械設(shè)計基礎(chǔ)（第二版）課件 4.4 軸系零件

模塊四輪系與軸系零件

項目四軸系零件任務(wù)一聯(lián)軸器任務(wù)二離合器聯(lián)軸器在帶式輸送機中的應(yīng)用離合器在汽車變速箱中的應(yīng)用離合器

聯(lián)軸器和離合器主要用于軸與軸的聯(lián)接，以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩?！袈?lián)軸器：用于將兩軸聯(lián)接在一起，機器運轉(zhuǎn)時兩軸不能分離，只有在機器停車時才可將兩軸分離?！綦x合器：在機器運轉(zhuǎn)過程中，可使兩軸隨時接合或分離。它可用來操縱機器傳動的斷續(xù)，以便進行變速或換向。

聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差、受載變形以及溫度變化的影響等，難以精確對中，而是存在著某種程度的相對位移。聯(lián)軸器應(yīng)具有一定的適應(yīng)上述位移的能力，否則就會在系統(tǒng)中引起附加載荷，影響機器的正常工作。一、軸的相對位移軸向位移x徑向位移y角位移α綜合位移x、y、α任務(wù)一聯(lián)軸器1、固定式剛性聯(lián)軸器1）套筒聯(lián)軸器根據(jù)是否具有彈性元件，聯(lián)軸器可分為剛性和彈性兩大類。剛性聯(lián)軸器又可按是否具有補償兩軸相對位移的能力分為固定式（無補償能力）和可移式（有補償能力）兩種。由套筒和鍵（銷）組成，靠中間套筒傳遞轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，徑向尺寸?。坏髢奢S線嚴(yán)格對中，裝拆時軸須作軸向移動。適用于低速、平穩(wěn)、輕載、小尺寸軸的聯(lián)接。該類聯(lián)軸器由剛性零件組成，且零件之間相對靜止，故其既無緩沖減振能力，又無補償兩軸相對位移的能力。2）凸緣聯(lián)軸器特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳遞轉(zhuǎn)矩較大；但要求兩軸嚴(yán)格對中，不能緩沖減振。適用場合：低速、平穩(wěn)、剛性大、對中性好的兩軸聯(lián)接。原理：由兩半聯(lián)軸器、螺栓和鍵組成。普通凸緣聯(lián)軸器靠配合螺栓實現(xiàn)兩軸對中，靠螺栓受剪切和擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩；對中榫凸緣聯(lián)軸器則靠凸肩和凹槽實現(xiàn)對中，靠結(jié)合面的摩擦傳遞轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器的材料通常為鑄鐵，重載或圓周速度大于30m/s時采用鑄鋼或鍛鋼。對中榫凸緣聯(lián)軸器普通凸緣聯(lián)軸器1）十字滑塊聯(lián)軸器2、可移式剛性聯(lián)軸器兩半聯(lián)軸器1、3端面開有凹槽，中間盤2兩面有凸榫，凸榫與凹槽配合構(gòu)成移動副，故在傳遞轉(zhuǎn)矩的同時，可補償兩軸線之間的徑向位移和少量角位移。聯(lián)軸器的材料一般為45鋼，工作表面要進行熱處理，并進行潤滑。滑塊偏心轉(zhuǎn)動會引起離心力、增大磨損。適用轉(zhuǎn)速n＜300r/min、較平穩(wěn)、有徑向位移的兩軸聯(lián)接。該類聯(lián)軸器不能緩沖減振，但因其組成零件間是可動聯(lián)接，故具有補償兩軸相對位移的能力。2）齒式聯(lián)軸器由兩個有內(nèi)齒的外殼3和兩個有外齒的軸套4組成，兩軸套分別與兩軸用鍵聯(lián)接，兩外殼用螺栓連為一體，靠齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩。為了能補償兩軸的綜合位移，外齒齒頂常制成球面，軸向制成鼓形，并取較大的齒側(cè)間隙。為減小摩擦和磨損，須潤滑。該聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，補償綜合位移；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、造價高。常用于重型機械中。3）萬向聯(lián)軸器單萬向聯(lián)軸器：十字軸四端用鉸鏈分別與軸1、2的叉形接頭相聯(lián)，構(gòu)成一空間機構(gòu)。該聯(lián)軸器允許兩軸間有較大的角位移（可達(dá)400~450）。但當(dāng)兩軸不共線時，它們的角速度比值是變化的，兩軸夾角越大，其變化幅度越大，產(chǎn)生的動載荷越大。適用于低速、角位移較小或?qū)ζ椒€(wěn)性要求不高的場合。雙萬向聯(lián)軸器：由兩個單萬向聯(lián)軸器串接組成。滿足以下兩個條件時，可實現(xiàn)兩軸的等角速度傳動。①主、從動軸與中間軸的夾角必須相等，α1=α2；②中間軸兩端的叉面必須共面。萬向聯(lián)軸器多采用合金鋼制造。結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便，可適應(yīng)較大的角位移，廣泛應(yīng)用于汽車、軋鋼機和機床等機器的傳動系統(tǒng)中。小型十字軸式雙萬向聯(lián)軸器3、彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器中裝有金屬或非金屬彈性元件，依靠彈性變形，其不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振能力。1）彈性套柱銷聯(lián)軸器兩半聯(lián)軸器用套有彈性套的柱銷聯(lián)接，工作時通過擠壓彈性套傳遞轉(zhuǎn)矩，可補償綜合位移和緩沖減振。它制造容易，裝拆方便，但彈性套易磨損，壽命短。適用于聯(lián)接需正反轉(zhuǎn)或起動頻繁、受中小轉(zhuǎn)矩及不容易對中的兩軸。2）彈性柱銷聯(lián)軸器兩半聯(lián)軸器用尼龍柱銷聯(lián)接，柱銷兩側(cè)裝有擋銷板。結(jié)構(gòu)簡單，安裝、制造方便，壽命較長，有一定的緩沖減振能力，可補償一定的軸向位移及少量的徑向位移和角位移。適用于軸向串動量大、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)、起動頻繁和轉(zhuǎn)速較高的場合。3）輪胎式聯(lián)軸器兩半聯(lián)軸器用橡膠或橡膠織物制成的輪胎聯(lián)接。其結(jié)構(gòu)比較簡單，彈性大，具有良好的緩沖減振能力和補償較大綜合位移的能力。但其徑向尺寸較大。它適用于啟動頻繁、正反向運轉(zhuǎn)、有沖擊振動、兩軸相對位移較大以及潮濕、多塵之處。二、聯(lián)軸器的選擇1、聯(lián)軸器類型選擇熟悉各類聯(lián)軸器的特性，明確兩軸的聯(lián)接要求，再參照同類機器的使用經(jīng)驗，可合理地選擇聯(lián)軸器的類型。對于高速、有振動和沖擊的機械，選用彈性聯(lián)軸器；低速、剛性大的短軸可選用固定式剛性聯(lián)軸器；低速、剛性小的長軸可選用可移式剛性聯(lián)軸器；傳遞轉(zhuǎn)矩較大的重型機械選用齒式聯(lián)軸器；軸線位置有較大變動的兩軸，應(yīng)選用萬向聯(lián)軸器；2、聯(lián)軸器型號選擇聯(lián)軸器的型號是根據(jù)所傳遞的轉(zhuǎn)矩、軸的直徑和轉(zhuǎn)速，從聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)中選用的，具體應(yīng)滿足以下條件：1）計算轉(zhuǎn)矩Tc應(yīng)小于等于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩[T]，Tc≤[T]2）轉(zhuǎn)速n應(yīng)小于等于聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速[n]，n≤[n]3）軸的直徑應(yīng)在所選聯(lián)軸器孔徑范圍之內(nèi)，dmin≤d≤dmaxK—工作情況系數(shù)；T—聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)矩（N.m)。n—工作轉(zhuǎn)速（r/min）；P—傳遞的功率（kw）；其中任務(wù)二離合器對離合器的基本要求是接合平穩(wěn)、分離迅速、工作可靠、操作維護方便、外廓尺寸小、重量輕、耐磨性和散熱性好。一、牙嵌離合器它由兩個端面帶牙的半離合器組成。左半離合器用鍵和螺釘固定在主動軸上，右半離合器則用導(dǎo)向平鍵或花鍵與從動軸聯(lián)接，通過操縱機構(gòu)可使其在軸上作軸向移動，以實現(xiàn)兩半離合器的接合與分離。為了便于兩軸對中，在離合器中裝有對中環(huán)，從動軸可在對中環(huán)中自由轉(zhuǎn)動。牙嵌式離合器的牙形有三角形、梯形和鋸齒形。三角形牙傳遞中、小轉(zhuǎn)矩，牙數(shù)為15~60；梯形、鋸齒形牙可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，牙數(shù)為3~15。梯形牙可補償磨損后的牙側(cè)間隙。鋸齒形牙只能單向工作，反轉(zhuǎn)時由于有較大軸分力向力，會迫使離合器自行分離。牙嵌式離合器的常用材料為低碳合金鋼（如20Cr，20MnB）經(jīng)表面滲碳淬火后硬度達(dá)56~62HRC。有時采用中碳合金鋼（如40Cr，45MnB），經(jīng)表面淬火后硬度達(dá)56~62HRC。該離合器結(jié)構(gòu)簡單，外廓尺寸小，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。但其只宜在兩軸不回轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速差很小時進行結(jié)合，否則容易打斷牙齒二、摩擦離合器摩擦離合器是通過主、從動摩擦盤壓緊后產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的。其特點是運轉(zhuǎn)中便于接合，在過載時可打滑保護其他零件；接合平穩(wěn)，沖擊小，振動小。但傳遞的轉(zhuǎn)矩小，適用于高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的情況。1、單片摩擦離合器摩擦盤1與主動軸通過鍵聯(lián)接，摩擦盤2用導(dǎo)向鍵或花鍵與從動軸聯(lián)接，通過操縱裝置移動銷環(huán)3可使兩摩擦盤接合或分離，工作時軸向壓力Fa使摩擦盤之間產(chǎn)生摩擦力。摩擦離合器在正常的接合與分離過程中，接觸面之間必然存在相對滑動，故會引起摩擦片的磨損和發(fā)熱。２、多片摩擦離合器主動軸與外鼓輪聯(lián)接，從動軸與套筒聯(lián)接。鼓輪內(nèi)裝有一組外摩擦片，它的外緣凸齒插入鼓輪的縱向凹槽內(nèi)，因而隨鼓輪一起回轉(zhuǎn)，而內(nèi)孔不與任何零件接觸。套筒上裝有一組內(nèi)摩擦片，它的外緣不與任何零件接觸，而內(nèi)孔槽與套筒上的縱向凸齒配合，可帶動從動軸一起轉(zhuǎn)動。內(nèi)、外兩組摩擦片相間組合，當(dāng)滑環(huán)左右移動時通過曲臂杠桿可使離合器接合或分離。多片摩擦離合器的壓力可以通過雙圓螺母調(diào)整，以適應(yīng)傳遞不同轉(zhuǎn)矩的要求。摩擦片的常用材料是淬火鋼或壓制石棉片。摩擦片數(shù)目多，可增大傳遞的轉(zhuǎn)矩，但片數(shù)過多，將使各層間壓力分布不均勻，同時影響離合器動作的靈活性，所以一般不超過12~15片。摩擦離合器有潤滑劑時稱為濕式，否則，稱為干式。濕式離合器摩擦片壽命長，能在繁重的條件下運轉(zhuǎn)；而干式離合器離合迅速，但摩擦片易磨損。單片摩擦離合器結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，但徑向尺寸大，能傳遞的轉(zhuǎn)矩??；多片摩擦離合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但傳遞的轉(zhuǎn)矩大。多片摩擦離合器常用在高速、轉(zhuǎn)矩較大及離合頻繁的場合。三、超越離合器超越離合器也稱為定向離合器，它只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩。星輪和外環(huán)均可作為主動件。當(dāng)外環(huán)主動且逆時針轉(zhuǎn)動時，在摩擦力和壓簧推力的作用下滾柱滾向楔口小端，將外環(huán)和星輪進一步楔緊，從而驅(qū)動星輪一起轉(zhuǎn)動，離合器處于接合狀態(tài)；當(dāng)外環(huán)主動且順時針轉(zhuǎn)動時，滾柱克服壓簧的推力滾到楔口大端，外環(huán)和星輪被放松，離合器處于分離狀態(tài)，故只能定向工作。圖示滾柱式超越離合器由星輪1、外環(huán)2、滾柱3和壓簧推桿4組成，裝配時滾柱處于半楔緊狀態(tài)。當(dāng)外環(huán)與星輪同時逆時針轉(zhuǎn)動時，若外環(huán)的轉(zhuǎn)速大于星輪的轉(zhuǎn)速，離合器處于接合狀態(tài)態(tài)；反之，離合器處于分離狀態(tài)，因此又稱為超越離合器。四、離合器的選擇（一）類型選擇1）牙嵌離合器適用于低速、大轉(zhuǎn)矩，只能靜止時或相對轉(zhuǎn)速很低時接合；接合中有沖擊，無過載保護作用；尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，維護修理方