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联轴器离合器的类型和应用
作者:电竞app    发布日期:2020-10-31 21:31


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  第17章 联轴器、离合器和制动器 §17-1 §17-2 §17-3 §17-4 §17-5 §17-6 §17-7 §17-8 §17-9 新疆大学专用 联轴器、离合器的类型和应用 固定式刚性联轴器 可移动刚性联轴器 弹性联轴器 牙嵌式离合器 摩擦离合器 磁粉离合器 定向离合器 制动器 作者: 潘存云教授 §17-1 联轴器、离合器的类型和应用 作用:主要用于将两根轴联接在一起,使它们一起旋 转,并传递扭矩。 工作特点:联轴器用于刚性静态联接;而离合器则用 于两轴之间的动态联接。 分类: 固定式联轴器 刚性联轴器 移动式联轴器 联轴器 弹性联轴器 牙嵌式离合器 摩擦式离合器 离合器 电磁离合器 自动离合器 应用实例:手腕驱动机构、汽车后桥驱动、车辆启停等。 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 联轴器、离合器大都已经标准化了,可直接选用。 工作条件=选类型 转矩 =确定型号与规格 转速 轴径 T为名义转矩; 计算转矩: Tc=KAT K 为工作情况系数; A 表17-1 工作情况系数KA 工 作 机 发电机、小型通风机、小型离心机 透平压缩机、木工机械、输送机 搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机 织布机、水泥搅拌机、拖拉机 挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械 新疆大学专用 原动机为电动机时 1.3 1.5 1.7 1.9 2.3 作者: 潘存云教授 §17-2 固定式刚性联轴器 结构:半联轴器通过键与轴相联,用螺栓将两个半联 轴器的凸缘联接在一起。 普通凸缘联轴器 ---靠铰制孔螺栓对中。 型式: 有对中榫的凸缘联轴器 ---靠榫头对中。 绞制孔螺栓 设计:潘存云 普通螺栓 对中榫 设计:潘存云 普通凸缘联轴器 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 制造与安装要求:半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直, 安装时应使两轴精确对中。 材料:一般用铸铁、当重载或 V≥30 m/s时,用铸 钢或锻钢 。 特点:结构简单、使用方便、传递扭矩较大,但不能 缓冲减振 。 应用:用于载荷较平稳的两轴联接 。 90? 设计:潘存云 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 §17-3 可移动刚性联轴器 由于制造、安装或工作时零件的变形等原因,被联接的两轴不一定度能精确对中,因 此会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和角位移,或其组合。 两轴线的相对位移: 轴向、径向、角度、综合。 如果联轴器没有适应这种相对位移的能力就会在联轴器、轴和轴承中引起附加载荷,甚至引起强烈振动。 联接特点:构成动联接,具有一个或几个方向的活动度。 能补偿两轴的相对位移。 x 设计:潘存云 y 设计:潘存云 轴向 设计:潘存云 x 设计:潘存云 y α α 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 一、齿式联轴器 结构:两个有内齿的外壳,两个有外齿的套筒,两者齿 数相同,外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键联 接,两外壳用螺栓联接。两端密封,空腔内储存润滑油。 功用:能补偿轴不对中和偏斜。 工作范围:正常齿:α≤30’ 腰鼓齿:α≤3? 设计:潘存云 设计:潘存云 α 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 优点:传递扭矩大、能补偿综合位移。 缺点:结构笨重、造价高。 应用:用于重型传动。 设计:潘存云 设计:潘存云 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 二、滑块联轴器 结构:两个端面开有径向凹槽的半联轴器,两端各具 有凸榫的中间滑块,且两端榫头互相垂直,嵌入凹槽 中,构成移动副。 工作原理:当两轴存在不对中和偏斜时,滑块将在凹 槽内滑动。 y α 设计:潘存云 优缺点:结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心 力和磨损,并给轴和轴承带来附加动载荷。 适用范围:α≤30’, y≤0.04d,v≤300 r/min 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 三、万向联轴器 作用:用于传递两相交轴之间的动力和运动,而且在 传动过程中,两轴之间的夹角还可以改变。共轴、 有夹角 应用:广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。 α 设计:潘存云 设计:潘存云 单万向联轴器 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 结构特点:两传动轴末端各有一个叉形支架,用铰链 与中间的“十字形”构件相联,“十字形”构件的中 心位于两轴交点处, 轴间角为 : α=0~45? α 运动分析: 两轴平均传动比为1,但 瞬时传动比是动态变化的。 在图示位置I, 以轴1为参考 系,对A点有 : vA1 = rω1 设计:潘存云 r’ A 以轴2为参考系,对A点有 : vA2 = r’ω’2 = r cosαω’ 2 显然有 : vA1 = vA2 新疆大学专用 ω1 B α r 设计:潘存云 α ω2 A 作者: 潘存云教授 代入得: ω1 =cosαω’2 r ω’2 〉ω1 在图示位置II, 以轴2为参考 系,对B点有 : vB2 = rω”2 以轴1为参考系,对B点有 : vB1 = r”ω1 = ω1 r cosα 同样有 : vB1 = vB2 代入得: ω’’2=ω1 cosα ω1 B A α r” 设计:潘存云 α ω2 B =ω”2 ω1 ω1 cosα 作者: 潘存云教授 其它位置: ω1cos α ≤ ω2 ≤ 新疆大学专用 2.双万向铰链机构 为了消除从动轴变速转动的缺点,常 将两个单万向铰链机构串联使用,构成双万向铰链机构。 安装要求: ①主动、从动、中间三轴共面; ②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹 角应相等; ③中间轴两端的叉面应在同一平面内。 α 1 C 设计:潘存云 2 α α 1 C 设计:潘存云 2 α 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 3. 小型双万向联轴器 结构如图所示,通常采用合金钢制造。 A α 设计:潘存云 设计:潘存云 α A α A--A 模型演示 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 §17-4 弹性联轴器 一、弹性套柱销联轴器 结构特点:外观与凸缘联轴器相似,用带橡胶弹性套 的柱销联接两个半联轴器。 圆柱孔 设计:潘存云 设计:潘存云 圆锥孔 预留间隙以补偿 轴向位移。 新疆大学专用 c A 作者: 潘存云教授 预留安装空间以便与更换橡胶套 二、弹性柱销联轴器 结构:用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔 中。 结构简单、更换柱销方便。 两种柱销 特点:上述两种联轴器的动力通过弹性 尼龙销 元件传递,缓和冲击、吸收振动。 挡板 应用:适用于正反向变化多,启动 频繁的高速轴。 适用范围:-12?≤t≤60?, v≤8000 r/min 设计:潘存云 能补偿较大的轴向位移,并 允许微量的径向位移和角位 移。 销与挡板之 间留有间隙 新疆大学专用 c c 作者: 潘存云教授 三、轮胎式弹性联轴器 结构:中间为橡胶制成的轮胎环,用止退垫板与半联 轴器联接。 特点:结构简单、易于变形。允 许较大的综合hdv x位移。 适用范围: 5?≤α≤12?, x≤0.02D y≤0.01D, n≤5000 r/min 设计:潘存云 应用:适用于启动频繁、正反 向运转、有冲击振动、有较大 轴向位移、潮湿多尘的场合。 止退垫板 轮胎环 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 D §17-5 牙嵌式离合器 结构:由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。 工作原理: 利用操纵杆移动滑环,实现两套筒的结合与分离。 固定套筒 活动套筒 滑环 设计:潘存云 对中环 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 牙型 三角形 梯 形 锯齿形 ----传递中小转矩、牙数为16~60 ----传递较大转矩、牙数为3~15 梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。 锯齿形只能单向工作。反转时具有较大的轴向分力,会迫使离合器自行分离。 制造要求:各牙应精确等分,以使载荷均匀分布。 30?~40? 60? 2?~8? 2?~8? 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 承载能力:取决于齿根的弯曲强度: hKAT σ b= ≤ [σb] zWD0 D0 2KAT p = ≤ [p ] zD0ah 式中:h为牙齿高度;z为牙齿数; h a W-齿根弯曲截面系数;D0-牙平均直径;a-牙的宽度。 特点:结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。 材料: 低碳合金钢:20Cr 、 20MnB。 渗碳淬火后牙面硬度:56~62 HRC; 中碳合金钢:40Cr 、 45MnB。 表面淬火后牙面硬度:48~58 HRC; 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 §17-6 摩擦离合器 一、单片式圆盘摩擦离合器 结构:由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。 工作原理:移动滑环,可实现两圆盘的结合与分离,靠 摩擦力带动从动轴转动。 摩擦扭矩: Tmax=Fa f Rf 优点: 1.在任何转速条件下两轴都 可以进行结合; 2.过载时打滑,起保护作用; Rf 设计:潘存云 3 3 Fa 3.结合平稳、冲击和振动小。 缺点:结合过程中不可避免出现打滑, 引起磨损和发热; 新疆大学专用 1 2 2 作者: 潘存云教授 二、多片式圆盘摩擦离合器 结构特点: 多个摩擦片叠加在一起; 主动摩擦片 被动摩擦片 调整螺母 杠杆 滑环 设计:潘存云 工作原理:移动滑环, 通过杠杆作用,压紧 或放松磨擦片,来实 现两轴的结合与分离。 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 摩擦片材料:淬火钢片、压制石棉片。 摩擦片数量z↑→传递扭矩T ↑ 但z过大将使各层间压力不均匀,一般取: z=12~15 z Fa f (D1 +D2) 摩擦扭矩: Tmax= z Fa f Rf = ≥ KA T 4 4 Fa ≤[p] 表面压强: p = π(D1 +D2) D2 D1 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 表17-2 常用摩擦片材料的 f 和 [p] 摩擦片材料 铸铁—铸铁或钢 淬火钢—淬火钢 青铜—钢或铸铁 f 有润滑剂 0.05~0.06 0.05~0.06 0.08 圆盘摩擦离合器 无润滑剂 0.15~ 0.2 0.18 0.17~ 0.18 [p]/ MPa 0.25~0.30 0.6~0.8 0.4~0.5 压制石棉—钢或铸铁 0.12 0.3~ 0.5 0.20~0.30 对于频繁启动的离合器,可将表中[p]降低15~30%。 类型 干式磨擦离合器 →反应敏捷,但摩擦片易磨损。 油式磨擦离合器 →磨损轻微、寿命长、并能 在繁重的条件下运转。 作者: 潘存云教授 新疆大学专用 三、圆锥式摩擦离合器 结构:锥台表面为摩擦接触面。 优点:由于采用了槽面摩擦原理, 因此只需要很小的操纵力即能使 离合器传递较大的转矩。 缺点: 径向尺寸较大,不如多盘式紧凑。 机械力 电磁力 气动力 液压力 设计:潘存云 8~10? 设计:潘存云 离合器的操纵方式 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 §17-7 磁粉离合器 结构:由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。 工作原理:通电后磁粉被磁化,彼此相互吸引聚集,依 靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传 递转矩。 磁粉性能要求: 导磁率高、剩磁小、流 动性好、耐磨、耐热、 不烧结性。 设计:潘存云 输出 输入 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 磁粉材料: 铁钴镍、铁钴钒等合金粉,加入少量二硫化钼。 形状为球形或椭球形,颗粒直径为:20~70 μm。 优点: 1)励磁电流 I 与转矩T呈线性关系、转矩调节简单而 且精确,调节范围宽。 2) 可用作恒张力控制,是造纸机、纺织机、印刷机、 绕线) 若将主动件固定,则可作制动器使用。 4) 操纵方便、离合平稳、工作可靠。 缺点:相对而言比较笨重。 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 §17-8 一、滚柱式定向离合器 定向离合器 结构:由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。 滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。 工作原理: 当外环逆时钟转动时,以摩擦 力带动滚柱向前滚动,进一步 楔紧内外接触面,从而驱动星 轮一起旋转。 当外环反向转动时,则带动滚 柱克服弹簧力而滚到楔形空间 的宽敞位置,离合器处于分离 状态。 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 设计:潘存云 二、楔块式定向离合器 结构:由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。 工作原理: 内外环工作面都为圆形,整圈拉簧压着楔块始终与内 环接触,并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆。当 外环顺时钟方向旋转时,楔块克服弹簧力而作顺时钟 方向摆动,从而在内外环间越楔越紧,离合器处于结 合状态。反向时斜块松开而成分离状态。 优点:楔块曲率半径大,装 入数量多,相同尺寸时传递 的转矩更大。 缺点:高速运转时有较大磨 损,寿命较短。 新疆大学专用 设计:潘存云 作者: 潘存云教授 §17-9 制 动 器 作用:降低机械运转速度或停止运转的装置。 应用:车辆、起重机械等。 一、块式制动器 结构:由瓦块、制动轮等零件组成。 工作原理:通电松开,断电后靠弹簧拉力实现制动。 借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断电制动是为了保证设备安全。 设计:潘存云 新疆大学专用 作者: 潘存云教授 制动力矩的计算: FN =0.95FH/h 制动力矩: T= FN f D F 弹簧力 F D 设计:潘存云 制动反力 0.95---摩擦损耗的系数 杠杆连接处 FN FN h H 瓦块材料:铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。 瓦块制动器已经规范化,可根据所需的制动力矩选型。 二、带式制动器 工作原理: 在外力的作用下,闸带收紧抱住制动 F F 轮实现制动。 特点:结构简单、紧凑。 b 新疆大学专用 ω 设计:潘存云 a a 作者: 潘存云教授 计算: 2T D 拉力: Ft = F1 – F2 圆周力: Ft = F2 F ω α 设计:潘存云 由欧拉公式得: F1 =F2e fα b a a F1 α ----闸带的包角; Ft 2T 1 = F2 = fα fα-1 D e e -1 fα+1 a 2T a e 制动力: F= (F2 +F1) = D a+b e fα-1 a+b 为了增加摩擦,钢带复以石棉或夹铁纱帆布。 新疆大学专用 作者: 潘存云教授

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