机械设计基础 第四十七讲 主讲教师：曾平　　　　　　　　　　　　　　　　学时：４８.

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1 机械设计基础 第四十七讲 主讲教师：曾平　　　　　　　　　　　　　　　　学时：４８

2 第十四章 联轴器、离合器和制动器 学习内容 学习要求 思考题及习题

3 学 习 内 容 §14-1 联轴器 §14-2 离合器 §14-3 制动器

4 学习要求: 1．了解联轴器、离合器、制动器的基本 功能和应用，能正确地表述三者的异同；
2．熟悉刚性联轴器和挠性联轴器的基本定义、特点以及常用的基本类型；并能根据具体要求选择合适的联轴器； 3．熟悉万向联轴器的功用及双万向联轴器实现等速传动的条件。 4.了解制动器的工作原理、特点和应用。

5 第十四章 联轴器、离合器 和制动器 联轴器与离合器： 相同点： 联接两轴、传递运动和转矩. 不同点： 联轴器——联接的两轴只有停车后
第十四章 联轴器、离合器 和制动器 联轴器与离合器： 相同点： 联接两轴、传递运动和转矩. 不同点： 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. 制动器——用来降低机械的运转速度或 迫使机械停止运转的部件.

6 §14-1 联轴器 联轴器的类型较多,部分已标准化. 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，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。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。

7 联轴器 联轴器所联两轴的位移形式： x (1)轴向位移x y (2)径向位移y x y (3)角位移 α (4)综合位移x、y、

8 一、联轴器的类型 刚性联轴器 挠性联轴器 联轴器 常用的有夹壳联轴器、凸缘联轴器等。
刚性联轴器　 　　　刚性联轴器不具有补偿两轴线相对位移的能力，且全部由刚性零件组成，也没有缓冲减振能力，但结构简单，价格便宜。一般只适用于被连接的两轴严格对中、转速稳定、载荷平稳的场合。 常用的有夹壳联轴器、凸缘联轴器等。 挠性联轴器　 挠性联轴器因具有挠性，故具有补偿两轴线相对位移的能力。根据是否具有弹性元件可分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器。

9 联轴器 挠性联轴器　 无弹性元件挠性联轴器：是靠联轴器中刚性零件间的活动度来补偿两轴的相对位移。因无弹性元件，故不能缓冲减振。这类联轴器主要有滑块联轴器、万向联轴器、齿式联轴器等。 有弹性元件挠性联轴器：因联轴器中装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且可以依靠弹性元件的变形和储能来缓冲、减振，改善传动系统的工作性能。弹性元件所能储蓄的能量越多，则联轴器的减振能力越强。这类联轴器的品种多，主要有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、轮胎式联轴器等，应用广泛。

10 常用联轴器的类型 刚性联轴器 挠性联轴器 凸缘联轴器 夹壳联轴器 滑块联轴器 无弹性元件 万向联轴器 挠性联轴器 齿式联轴器
挠性联轴器　 滑块联轴器 无弹性元件 挠性联轴器 万向联轴器 齿式联轴器 弹性套柱销联轴器 有弹性元件 挠性联轴器 弹性柱销联轴器 轮胎式联轴器

11 T T 二、常用联轴器的结构及特点 1、刚性联轴器 ①凸缘联轴器 联轴器
凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴连接，然后再用螺栓把两个半联轴器联成一体，以传递运动和转矩 。 特点：结构简单，传递的转矩较大.常用于低转速、无冲击、轴的刚度大、对中性较好的场合。 点击看动画

12 联轴器 刚性联轴器 ②夹壳联轴器 夹壳联轴器 刚性联轴器的主要优点是结构简单，能传递较大转矩，但由于没有弹性，在传递转矩时，也传递冲击;安装精度要求高.通常用于振动较小，速度较低，两轴能较好对中性的场合。 夹壳联轴器是由两个纵向剖分的半圆筒形的夹壳组成，并用螺栓锁紧成一体，靠摩擦力来传递运动和转矩。

13 2.无弹性元件挠性联轴器 ①滑块联轴器 联轴器 比较典型的是十字滑块联轴器。
1 2 3 ①滑块联轴器 组成和工作原理：它由两个端面开有径向凹槽的半联轴器1、3和一个两面带凸牙的中间盘2所组成。中间盘两面的方形凸牙互相垂直成十字形滑块，嵌配在两半联轴器的滑槽中。由于十字滑块可在凹形滑槽中滑动，因此可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。 滑块联轴器以滑块构成动连接来实现补偿两轴相对位移的要求。 比较典型的是十字滑块联轴器。 滑块联轴器 滑块联轴器具有结构简单、径向尺寸小的特点,但工作面易磨损,一般适用于两轴平行、径向位移较大、工作时冲击较小和转速不高的场合。

14 2.无弹性元件挠性联轴器 ②万向联轴器 联轴器 万向联轴器允许两轴间有较大的角位移,两轴夹角最大可达40o～45o.但
万向联轴器由两个叉形零件和一个中间十字轴组成，十字轴与两个叉形接头分别组成活动铰链，当一轴位置固定后，另一轴可以在任意方向偏斜一角度。 万向联轴器具有多种结构型式，目前最常用的是十字轴式万向联轴器。 万向联轴器允许两轴间有较大的角位移,两轴夹角最大可达40o～45o.但 万向联轴器

15 联轴器 万向联轴器 t 当中间轴两端叉平面共面，且 时，

16 2.无弹性元件挠性联轴器 双万向联轴器 联轴器 双万向联轴器实现等速传动的条件：
点击看动画 点击看动画 1 2 2 万向联轴器结构紧凑,适合两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方，广泛应用于汽车、拖拉机、机车及组合机床等机械传动系统中 双万向联轴器实现等速传动的条件： ①中间轴的两叉头必须位于同一平面内， ②使主、从动轴与中间轴之间的夹角 相等。 这样就可以保证ω1=ω2，从而避免了动载荷的产生。

17 双万向联轴器应用

18 联轴器 2.无弹性元件挠性联轴器 ③齿式联轴器 齿式联轴器是由两个具有外齿的半联轴器和两个带内齿及凸缘的外壳组成，两外壳用螺栓相连接。工作时，依靠内、外轮齿啮合来传递转矩。 由于半联轴器的外齿齿顶加工成球面，且球面中心位于轴线上，使啮合齿间具有较大的齿侧间隙，所以它具有良好的综合位移补偿能力。 齿式联轴器 齿式联轴器能传递很大的转矩，并能补偿较大的综合位移,安装精度要求不高,但它结构复杂、重量较大,故广泛应用在低速重型机械中。

19 联轴器 3.有弹性元件挠性联轴器 ①弹性套柱销联轴器 弹性套柱销联轴器在结构上与凸缘联轴器相似，只是用弹性套柱销代替了联接螺栓。具有一定的补偿两轴线相对偏移和缓冲减振的性能，但弹性套易磨损，寿命较短。 弹性套柱销联轴器制造容易、装拆方便、成本较低，多用于启动频繁、载荷平稳、转速较高的场合。如电动机与减速器、水泵或鼓风机的连接。

20 弹性套柱销联轴器中的弹性套极易损坏，可采用尼龙柱销来代替，为了防止柱销滑出，在柱销两端配置挡板。
3.有弹性元件挠性联轴器 ②弹性柱销联轴器 弹性套柱销联轴器中的弹性套极易损坏，可采用尼龙柱销来代替，为了防止柱销滑出，在柱销两端配置挡板。 弹性柱销联轴器 弹性柱销联轴器结构简单，制造安装方便，有缓冲和吸振能力。允许被连接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于起动频繁，经常双向运转，转速较高的场合。

21 联轴器 3.有弹性元件挠性联轴器 ③轮胎联轴器 轮胎联轴器两圆盘间的弹性元件为橡胶制成的轮胎，两端用压板及螺钉分别压在两半联轴器上。它的径向尺寸较大，但轴向尺寸较小。 轮胎联轴器 轮胎联轴器富有弹性，具有良好的吸振和缓冲能力，运转时无噪声，允许被连接两轴偏斜和相对位移的补偿量大。适用于起动频繁，双向运转及潮湿多尘处。

22 联轴器的分类、特点及主要型式 联轴器 分类 特点 主要型式 刚性 联轴器 全部由刚性零件组成,没有缓冲减振能力 不能补偿两轴的相对位移
1.凸缘联轴器 2.套筒联轴器 挠性 能补偿两轴的相对位移 无弹性元件 不包含弹性元件，没有缓冲吸振能力 1.齿式联轴器 2.十字滑块联轴器 3.万向联轴器 有弹性元件 有弹性变形元件，具有缓冲、吸振功能。 1.弹性套柱销联轴器 2.弹性柱销联轴器 3.轮胎式联轴器

23 刚性联轴器要求被连接两轴要严格对中，没有补偿两轴线相对位移的能力，也不能缓冲吸振。
综上所述： 刚性联轴器要求被连接两轴要严格对中，没有补偿两轴线相对位移的能力，也不能缓冲吸振。 挠性联轴器可补偿两轴相对位移，有弹性元件挠性联轴器，还具有缓冲和吸振作用。

24 三、联轴器的选择 1．联轴器的类型选择 联轴器
机械中常用的联轴器多数已经标准化，选择时应根据使用要求和工作条件来确定。具体选择时应考虑以下因素： ①所需传递转矩的大小和性质以及对缓冲和 减振方面的要求 一般载荷平稳，传动转矩大，转速平稳，同轴度好，无相对位移的选用刚性联轴器；载荷变化较大，要求缓冲减振或者同轴度不易保证的，应选用有弹性元件的挠性联轴器。

25 联轴器的选择 ②联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小
对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如齿式联轴器等，而不应选用存在偏心的滑块联轴器。 ③两轴相对位移的大小 安装调整后难以保证两轴精确对中或者工作过程中有较大位移量的两轴联接，应选用带有弹性元件的挠性联轴器。 此外还应考虑联轴器的可靠性、使用寿命和工作环境，以及联轴器的制造、安装、维护和成本等因素。

26 当联轴器的类型选定后，尺寸型号根据传递的计算转矩 Tc 、轴径d 、转速n 确定。
联轴器的选择 2．联轴器的型号选择 当联轴器的类型选定后，尺寸型号根据传递的计算转矩 Tc 、轴径d 、转速n 确定。 计算转矩 式中： T — 额定转矩; K —工作情况系数。 然后根据计算转矩Tc、轴的转速n和轴端直径d查阅有关手册，选择适当型号的联轴器。选择时应满足： ①计算转矩Tc不超过联轴器的公称转矩Tn，即 Tc≤Tn； ②转速n不超过联轴器的许用转速[n]，即n≤[n]； ③轴端直径不超过联轴器的孔径范围。

27 为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器
例1 某搅拌机由电动机驱动，已知电动机额定功率P = 15kW，满载转速n = 970r／min，电动机轴直径d＝48mm，试选择所需的联轴器。 解 1．类型选择 为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器 2．载荷计算 额定转矩

28 由表14—1查得K＝1.7，故由计算转矩公式得 Tc＝KT＝1.7×147.68 N·m＝251.06 N·m 3．型号选择
联轴器 由表14—1查得K＝1.7，故由计算转矩公式得 Tc＝KT＝1.7× N·m＝ N·m 3．型号选择 从GB4323—84中查得TL8型弹性套柱销联轴器的许用转矩为710 N·m，许用转速为2400r／min，轴孔直径有45、48、50、55mm，故可以采用。

29 §14-2 离合器 一、离合器的分类 离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递转矩，在工作中主、从动部分可分离可接合。
§14-2 离合器 离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递转矩，在工作中主、从动部分可分离可接合。 一、离合器的分类 按其工作原理可分为嵌入式、摩擦式； 按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式； 按操纵方式分有机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器等； 可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它们能在特定条件下，自动地接合或分离。

30 离合器 二、对离合器的基本要求 分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底， 动作准确可靠； 结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，
工作安全，效率高； 接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好； 操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。

31 离合器 1.牙嵌式离合器 牙嵌离合器结构比较简单，外廓尺寸小，所联接的两轴不会发生相对转动，适用于要求精确传动比的传动机构，但是结合时必须使主动轴慢速转动或静止，否则牙齿容易损坏。 由两个端面带牙的半离合器1、3组成。从动半离合器3用导向平键或花键与轴联接，另一半离合器1用平键与轴联接，对中环2用来使两轴对中，滑环4可操纵离合器的分离或接合。 运动、组成动画演示

32 离合器 2.摩擦离合器 单盘离合器动作过程 多盘离合器动作过程 多盘离合器结构组成
摩擦离合器利用主、从动半离合器摩擦片接触面间的摩擦力传递扭矩。 为提高传递转矩的能力，多采用多片摩擦片。他能在不停车或两轴有较大转速差时进行平稳结合，且可在过载时因摩擦片间打滑而起到过在保护作用。 单盘离合器动作过程 多盘离合器动作过程 多盘离合器结构组成

33 离合器 3. 特殊功用离合器 滚珠安全离合器 　　主动齿轮传来的转矩通过滚珠、从动盘、外套筒而传给从动轴。当转矩超过许用值时，弹簧被过大的轴向分力压缩，使从动盘向右移动，原来交错压紧的滚珠因被放松而相互滑动，此时主动齿轮空转，从动轴即停止转动。当载荷恢复正常时，又可重新传递转矩。弹簧压力的大小可用螺母来调节。

34 离合器 3. 特殊功用离合器 滚柱式超越离合器 滚子 外环 　　当星轮为主动件并顺时针回转,滚柱将被摩擦力转动而滚向空隙的收缩部分，并楔紧在爪轮和套筒间，使套筒随爪轮一同回转，离合器即进入接合状态。 　　当星轮反向回转时，滚柱即被滚到空隙的宽敞部分，这时离合器即处于分离状态。因而定向离合器只能传递单方向的转矩，可在机械中用来防止逆转及完成单向传动。 星轮 弹簧顶杆 滚柱式超越离合器 也称为定向联轴器 点击图面看动画

35 §14-3 制动器 制动器是用来减低机械速度或迫使其停止的装置。 制动器主要由支架、制动元件和驱动装置三部分组成。
§14-3 制动器 制动器是用来减低机械速度或迫使其停止的装置。 制动器主要由支架、制动元件和驱动装置三部分组成。 许多制动器还装有制动元件磨损间隙的自动补偿装置。制动器的种类很多，下面简介闸带制动器和电磁闸瓦制动器的基本原理。

36 一、闸带制动器 制动器 最简单的制动器是闸带制动器。 当驱动力作用在制动杠杆1时，制动带2便抱住制动轮3，靠带与轮之间的摩擦力矩实现制动。
闸带制动器结构简单，但制动力矩不大。为了增加制动效果，制动带材料一般为钢带上覆以石棉或夹铁砂帆布。这类制动器适合于中、小载荷的机械及人力操纵的场合。

37 二、电磁闸瓦制动器 制动器 电磁闸瓦制动器是靠闸瓦与制动轮间的摩擦力来实现制动,由电磁铁控制。这种制动器在起重运输等设备中应用较广。
3 4 5 当要制动时,切断电源,电磁线圈1释放衔铁2,依靠弹簧3并通过杠杆使闸瓦抱紧制动轮5。 通电时,励磁线圈1的吸力吸住衔铁2,通过机械机构使闸瓦4松开,制动轮5便能自由运转。 电磁闸瓦制动器是靠闸瓦与制动轮间的摩擦力来实现制动,由电磁铁控制。这种制动器在起重运输等设备中应用较广。

38 本章小结 本章的重点内容是各种联轴器、离合器和制动器的工作特点和应用场合，在进行机械系统方案设计时，应能够根据具体工作要求，正确选择它们的类型。

39 本章重点： 本章难点： 1.联轴器、离合器、制动器的基本功能； 2.常用联轴器的结构特点、工作原理和应用； 3.联轴器的选用。
合理选择联轴器的类型。

40 凸缘联轴器

41 夹壳联轴器

42 十字滑块联轴器

43 万向联轴器

44 齿式联轴器

45 弹性柱销联轴器

46 轮胎联轴器

47 牙嵌式离合器 结构组成 动作过程

48 单盘离合器动作过程

49 多盘离合器结构组成

50 多盘离合器动作过程

51 多盘离合器

52 思考题及习题 1.联轴器和离合器的功用有何相同点和不同点？ 2.常用的联轴器有哪些类型？各有何特点？列举你所知道的应用实例。
3.选用凸缘联轴器时，可采用那些对中方式？各种对中方式有什么特点？ 4.无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器补偿位移的方式有何不同？ 5.什么是万向联轴器？它为什么常成对使用？在成对使用时应如何布置才能保证从动轴的角速度和主动轴的角速度随时相等？ 6.离合器应满足哪些基本要求？常用离合器有哪些类型？主要特点是什么？用在那些场合？ 7.摩擦离合器与牙嵌离合器的工作原理有什么不同？各有什么优缺点？