第12章聯(lián)軸器與離合器12.1聯(lián)軸器12.2離合器12.3聯(lián)軸器和離合器的選擇習題

聯(lián)軸器和離合器是用來聯(lián)接兩軸使其一起轉動并傳遞轉矩的部件。聯(lián)軸器只能在機器停車后用拆卸的方法使兩聯(lián)接部分分離；而離合器可在機器工作中，可隨時使兩聯(lián)接部分接合或分離。聯(lián)軸器和離合器的類型很多，本章只介紹幾種常用的類型。12.1聯(lián)軸器用聯(lián)軸器聯(lián)接的兩軸，由于制造和安裝誤差、受載后的變形以及溫度變化等因素的影響，往往不能嚴格對中，兩軸間會產(chǎn)生一定的位置誤差，如圖12-1所示。根據(jù)對各種位移偏差有無補償能力(即能否在發(fā)生相對位移的條件下保持聯(lián)接的功能)，聯(lián)軸器可以分為剛性的(無補償能力)和撓性的(有補償能力)兩大類。撓性聯(lián)軸器又可按其是否具有傳遞工作載荷的彈性元件而分為有彈性元件的和無彈性元件的兩個類別。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器則具有緩沖減振的能力。圖12-1兩軸間相對位移(a)軸向位移；(b)徑向位移；(c)偏角位移；(d)綜合位移12.1.1剛性聯(lián)軸器

剛性聯(lián)軸器由剛性元件組成，元件之間不能相對運動，因而不具有補償兩軸間的位移偏差和吸振能力，主要用于載荷平穩(wěn)或有輕微沖擊的兩軸聯(lián)接。

1．套筒聯(lián)軸器

如圖12-2所示的套筒聯(lián)軸器是一種最簡單的聯(lián)軸器。它是由聯(lián)接兩軸軸端的套筒和聯(lián)接件(銷釘或鍵)組成。這種聯(lián)軸器結構簡單，徑向尺寸小，被聯(lián)接的兩軸必須能嚴格地同步轉動，當機器過載時如果銷能被剪斷，則同時可作為安全裝置使用。缺點是裝拆時軸需作軸向移動，使拆裝工作極不方便。通常用于傳遞轉矩較小的場合，被聯(lián)接軸的直徑一般不大于100mm。圖12-2套筒聯(lián)軸器(a)鍵聯(lián)接；(b)銷聯(lián)接

2．凸緣聯(lián)軸器(GB/T5843-2003)

如圖12-3所示凸緣聯(lián)軸器是由兩個帶凸緣的半聯(lián)軸器1、2和螺栓3組成，半聯(lián)軸器用鍵與軸相聯(lián)，再用螺栓將它們聯(lián)接起來。這種聯(lián)軸器結構簡單，能傳遞較大的轉矩，對中精度可靠，因而應用廣泛。缺點是不能緩沖和吸振，不能消除兩軸的安裝誤差所引起的不良后果。如果提高其制造和安裝精度，也可用于高速重載。凸緣聯(lián)軸器按結構分YLD型和YL型兩種。圖12-3(a)所示的YLD型是利用兩半聯(lián)軸器的凸肩和凹槽定心，裝拆時軸需作軸向移動，多用于不常拆卸的場合。圖12-3(b)所示的YL型是利用鉸制孔用螺栓定心，裝拆較方便，但制造較麻煩，可用于經(jīng)常裝拆的場合。圖12-3凸緣聯(lián)軸器(a)YLD型；(b)YL型

3．夾克聯(lián)軸器(HG5-213-65)

如圖12-4所示夾克式聯(lián)軸器是由縱向剖分的兩半筒形式夾克1、2和聯(lián)接兩夾克的螺栓3組成。這種聯(lián)軸器在裝拆時軸不需作軸向移動，裝拆比較方便，但外形復雜，平衡困難，使用時要加防護罩。主要用于低速、工作平穩(wěn)及安裝時不能很好對中的長軸之間的聯(lián)接。圖12-4夾克聯(lián)軸器12.1.2撓性聯(lián)軸器

撓性聯(lián)軸器用于被聯(lián)接兩軸的軸線有偏離、傾斜或在工作中兩軸有相對位移的場合。當承載元件都由剛性材料制造時，并無緩沖吸振能力。

1．無彈性元件的撓性聯(lián)軸器

1)十字滑塊聯(lián)軸器如圖12-5所示，十字滑塊聯(lián)軸器由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器1、3和一個兩端面具有互相垂直的凸榫的中間圓盤2組成。兩半聯(lián)軸器分別固定在主動軸和從動軸上，中間圓盤上的凸榫則與兩半聯(lián)軸器上的凹槽相嵌合而構成動聯(lián)接，兩軸線不同軸或有偏斜時，圓盤將在凹槽內(nèi)滑動，以補償軸線的偏移。圖12-5十字滑塊聯(lián)軸器半聯(lián)軸器的材料一般為ZG270-500或45鋼，中間圓盤的材料一般為45鋼。為防止滑動表面過早磨損，凹槽與凸榫表面應進行表面淬火，在使用時應對表面進行潤滑。這種聯(lián)軸器結構簡單，徑向尺寸小，但高速時中間圓盤的偏心將產(chǎn)生較大的離心力而加劇磨損，并有一定的功率損耗，故一般用于轉速小于250r/min、軸的剛度較大且無劇烈沖擊的場合。兩軸間允許的徑向位移不大于(0.01d+0.25)mm(d為軸的直徑)，允許的角偏斜不大于40′。

2)齒輪聯(lián)軸器(ZBJ19013-1989和JB/T5514-1991)如圖12-6所示的齒輪聯(lián)軸器由兩個帶有內(nèi)齒和凸緣的外套筒3和兩個帶有外齒的內(nèi)套筒1所組成。兩個內(nèi)套筒分別用鍵與主、從動軸相聯(lián)，兩個外套筒3用螺栓5聯(lián)成一體，依靠內(nèi)外齒相嚙合以傳遞轉矩。為了減少磨損，可由油孔4(不加油時用螺釘堵死)注入潤滑油，并在套筒1和3之間裝有密封圈6，以防止?jié)櫥托孤?。齒輪聯(lián)軸器中，所用齒輪的齒廓曲線為漸開線，嚙合角為20°，齒數(shù)一般為30～80，材料一般為45鋼或ZG270-500。齒輪聯(lián)軸器允許角位移小于或等于30′。其徑向位移為0.4～6.3mm，轉速可達3500r/min(隨聯(lián)軸器尺寸而異，詳見手冊)。齒輪聯(lián)軸器的優(yōu)點是能傳遞很大的扭矩和補償適當?shù)木C合位移，因此常用于重型機械中。但是，當傳遞大扭矩時，齒間的壓力也隨著增大，使聯(lián)軸器的靈活性降低，而且其結構笨重、復雜，制造也較困難。圖12-6齒輪聯(lián)軸器

3)萬向聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器又稱十字鉸鏈聯(lián)軸器。如圖12-7所示為其結構示意圖，中間是一個相互垂直的十字頭3，十字頭的四端用鉸鏈分別與軸1、軸2上的叉形接頭相聯(lián)。因此，當一軸的位置固定后，另一軸可以在任意方向偏斜α角，角位移α可達40°～45°。為了增加其靈活性，可在鉸鏈處配置滾針軸承。但是，單萬向聯(lián)軸器兩軸的瞬時角速度并不時時相等，即當主動軸1以等角速度回轉時，從動軸2作變角速度轉動。從而引起附加動載荷。為此，在實際使用中常將兩個萬向聯(lián)軸器成對使用，稱為雙萬向聯(lián)軸器(圖12-8所示為其簡圖)。要使雙萬向聯(lián)軸器主、從動軸實現(xiàn)同步轉動，必須滿足下列三個條件：

(1)中間軸、主動軸和從動軸的軸線應在同一平面內(nèi)。

(2)中間軸兩端的叉面必須位于同一平面內(nèi)。

(3)中間軸與主、從動軸之間的軸間夾角必須相等。圖12-7單萬向聯(lián)軸器圖12-8雙萬向聯(lián)軸器

2．有彈性元件的撓性聯(lián)軸器

1)TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器(GB/T4323-2002)如圖12-9所示，TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器結構上與凸緣聯(lián)軸器很近似，只是用套有數(shù)個橡膠圈的柱銷代替了聯(lián)接螺栓。這種聯(lián)軸器結構簡單，裝拆方便，易于制造，安裝時如果兩圓盤之間留有間隙，則利用彈性柱銷的變化可以補償較大的軸向位移、微量的徑向位移和角度偏斜。但彈性圈容易磨損和老化，故壽命較短。它適用于正反轉變化多、載荷較平穩(wěn)或起動頻繁的中小功率的兩軸聯(lián)接上。圖12-9

TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器

2)彈性柱銷聯(lián)軸器(GB/T5014-1985)采用尼龍柱銷來代替橡膠套圈，稱為彈性柱銷聯(lián)軸器，如圖12-10所示。為了防止柱銷脫落，在半聯(lián)軸器的外側，用螺釘固定了擋板。這種聯(lián)軸器與彈性套柱銷聯(lián)軸器很相似，但傳遞扭矩的能力強，結構更為簡單，制造、安裝及維修方便，壽命長，也有一定的緩沖和吸振能力，允許被聯(lián)接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角度偏斜，適用于軸向竄動量較大、正反轉變化較多和起動頻繁的場合。由于尼龍對溫度較敏感，故使用溫度限制在20～70℃的范圍內(nèi)。圖12-10尼龍柱銷聯(lián)軸器12.2離合器離合器按在接合和分離時是否需要人為操作，可分為操縱離合器和自控離合器。操縱離合器在接合和分離時必須通過人為操作，按照其操縱方法不同，又可分為機械離合器、電磁離合器、液壓離合器和氣動離合器等多種形式。自控離合器能夠隨某些性能參數(shù)自動進行接合和分離，而且不需人來操縱，例如，當離合器轉速達到一定值時，兩軸能自動接合或分離的稱為離心離合器；當轉矩超過其極限值時，兩軸即自動分離的稱為安全離合器；若只允許單向傳遞運動，反轉時則自動分離的稱為超越離合器(或定向離合器)。離合器按工作原理可分為嚙合式離合器和摩擦式離合器兩大類。前者利用接合元件的嚙合來傳遞轉矩，而后者則依靠接合面間的摩擦力來傳遞轉矩。嚙合式離合器主要特點是結構簡單，外廓尺寸小，傳遞的轉矩大，但接合只能在停車或低速下進行。摩擦式離合器的主要特點是接合平穩(wěn)，可在較高的轉速差下接合，但接合中摩擦面間必將發(fā)生相對滑動。這種滑動要消耗一部分能量，并引起摩擦面的發(fā)熱和磨損。12.2.1牙嵌式離合器

牙嵌式離合器是一種嚙合式離合器，如圖12-11所示。它由兩個端面帶牙的半離合器1、2組成，左半離合器1固聯(lián)在主動軸上，而右半離合器2可以沿導向平鍵3(或花鍵)在另一根軸上移動。為便于兩軸對中，在半離合器1上固定有對中環(huán)5，從動軸端伸進對中環(huán)中并能自由轉動。利用操縱桿移動滑環(huán)4可使兩半離合器接合或分離。離合器牙的形狀有三角形、矩形、梯形和鋸齒形(如圖12-12所示)。三角形牙離合很方便，但磨損較快，強度較弱，傳遞扭矩小，適用于低速場合。矩形牙和梯形牙均能雙向工作，但由于梯形牙具有側邊斜角α=2°～8°，所以它比矩形牙容易離合，并能補償牙齒的磨損和消除牙側間隙，因而可以避免速度和載荷變化時因間隙而產(chǎn)生的沖擊振動；同時梯形牙的齒根強度較高，能傳遞較大扭矩，所以應用甚廣。鋸齒形牙容易離合，強度高，能傳遞很大的扭矩；但是，只能單向工作，反轉時由于有較大的軸向分力，會迫使離合器自動分離。各牙應精確等分，以使載荷均布。若要求離合器傳遞扭矩大，則應選用較少的牙數(shù)；要求接合時間短，則應選用較多的牙數(shù)。但牙數(shù)愈多，載荷分布就愈不均勻。為了減輕牙面磨損，對鋼制離合器需經(jīng)表面淬火處理，以提高牙面硬度。牙嵌式離合器只適用于速度較低和不需要在運轉過程中接合的場合。圖12-11牙嵌式離合器圖12-12牙嵌離合器的牙形12.2.2圓盤摩擦式離合器摩擦離合器是靠兩接觸表面之間的摩擦力來傳遞轉矩。它可在兩軸運轉中或轉速不同時進行離合，不僅能控制離合器的接合過程，還能減小接合時的沖擊和振動，實現(xiàn)平穩(wěn)的接合。當過載時，離合器打滑，可避免損壞其他重要零件，起著安全裝置的作用。對于經(jīng)常起動、制動或頻繁改變速度大小和方向的機械，如汽車、拖拉機等，摩擦離合器是一個重要的部件。摩擦離合器的形式很多，其中以圓盤摩擦式離合器應用最廣。圖12-13所示為一單片圓盤摩擦離合器。主動摩擦盤2與主動軸1用平鍵聯(lián)接，從動摩擦盤3與從動軸4通過導向平鍵聯(lián)接。工作時，利用操縱裝置對從動摩擦盤3上的滑環(huán)5施加一軸向壓力Q，使從動摩擦盤3向右移動與主動摩擦盤2接觸并壓緊，從而產(chǎn)生摩擦力將轉矩和運動傳給從動軸4。單片摩擦離合器的結構簡單，散熱性能好，但傳遞的轉矩較小。圖12-13單片圓盤摩擦離合器為了傳遞較大的轉矩，可采用圖12-14所示的多片圓盤摩擦離合器，主動軸1用鍵與外殼2相聯(lián)接；從動軸3也用鍵與內(nèi)套筒4相聯(lián)。一組外摩擦片5(如圖(b)所示)的外圓與外殼之間通過花鍵聯(lián)接，而其內(nèi)圓不與其他零件接觸；另一組內(nèi)摩擦片6(如圖(c)所示)的內(nèi)圓與內(nèi)套筒之間也通過花鍵相聯(lián)，其外圓不與其他零件接觸。當滑環(huán)7沿軸向移動時，將撥動曲臂壓桿8，使壓板9壓緊或松開內(nèi)、外兩級摩擦片，從而使主、從動軸接合或分離。調(diào)節(jié)螺母10是用于調(diào)節(jié)內(nèi)、外兩組摩擦片之間的間隙大小的。內(nèi)摩擦片也可做成碟形(如圖(d)所示)。圖12-14多片圓盤摩擦離合器多片摩擦離合器可以通過增加摩擦片的數(shù)目，而不增加軸向力來傳遞較大的轉矩，故其徑向尺寸可較小。但摩擦片數(shù)目不能太多，否則將影響分離的靈活性。此外，中間摩擦片的冷卻比較困難，因而一般摩擦片數(shù)目不多于10～13對。但對于在靜止時壓緊的安全離合器，其對數(shù)可多一些。為防止摩擦面磨損不均勻和摩擦片表面的溫升不一致，造成圓盤摩擦片翹曲而影響其正常工作，通?？扇∧Σ疗膬?nèi)、外直徑之比在0.5～0.85左右。12.2.3超越離合器

大部分超越離合器只能按某一轉向傳遞轉矩。圖12-15所示為常見的滾柱式超越離合器。它由星輪1，外殼2，滾柱3和彈簧推桿4所組成。彈簧推桿的作用是將滾柱壓向楔形槽，以保持滾柱、星輪和外殼之間的接觸。星輪和外殼分別與主動軸和從動軸(或其他零件)相聯(lián)，當星輪按順時針方向轉動時，滾柱借摩擦力作用被楔緊在槽內(nèi)，并帶動外殼一起轉動，這時離合器處于接合狀態(tài)。反之，當星輪按逆時針方向轉動時，滾柱被推到星輪的寬敞部分，使離合器處于分離狀態(tài)，因此又稱為定向離合器。星輪和外殼均可作為主動件。當星輪與外殼作順時針方向的同向回轉時，根據(jù)相對運動原理，若外殼轉速小于星輪轉速時，則離合器處于接合狀態(tài)。反之，如外殼轉速大于星輪轉速時，則離合器處于分離狀態(tài)，因此稱為超越離合器。超越離合器常用于汽車、機床等的傳動裝置中。圖12-15超越離合器12.3聯(lián)軸器和離合器的選擇

聯(lián)軸器和離合器的選擇包括類型選擇和尺寸選擇。由于它們多已標準化和系列化，所以通?？上雀鶕?jù)機械的工作要求，例如軸的同心條件、載荷、速度、安裝、維修、使用、外形、絕緣要求以及制造等因素，選擇適當?shù)念愋?，然后按軸的直徑、轉速和計算扭矩從有關手冊中查出適當?shù)男吞柡统叽?。必要時，還應校核其中關鍵零件的強度。12.3.1類型選擇

選擇聯(lián)軸器和離合器的類型可參考下列原則：

(1)對低速、重載，要求對中的大剛性軸，可選用剛性聯(lián)軸器(如凸緣聯(lián)軸器等)。若兩軸有隨時分離要求，可選用牙嵌式離合器。

(2)對低速、剛性小，有偏斜的軸，可選用撓性聯(lián)軸器，如十字滑塊聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器或彈性套柱銷聯(lián)軸器。若兩軸有隨時分離要求，可選用摩擦離合器。

(3)對高速、