联轴器和离合器教学案教材Word格式文档下载.docx
《联轴器和离合器教学案教材Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《联轴器和离合器教学案教材Word格式文档下载.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
这是一类最简单的联轴器，如图11-4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，需要自行设计，例如机床上就经常采用这种联轴器。
图11-4套筒式联轴器
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11-5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。
特点：
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。
适用范围：
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。
（a）Ⅰ型（b）Ⅱ型
图11-5凸缘联轴器
凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢。
该联轴器对两轴的对中性要求很高.其特点是特点：
构造简单、成本低，可传递较大的转矩。
适用于工作平稳、刚性好和速度较低的场合。
11.1.3挠性联轴器
挠性联轴器具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的
能力，最大量随型号不同而异。
凡被联两轴的同轴度不易保证的场合，都应选用挠性联轴器。
常用的挠性联轴器可分为：
无弹性元件的挠性联轴器，有弹性元件的挠性联轴器。
1、无弹性元件的挠性联轴器
1）十字滑块联轴器
十字滑块联轴器由两个具有较宽凹槽的半联轴器和一个中间滑块组成，半联轴器与中间滑块之间可相对滑动，能补偿两轴间的相对位移和偏斜。
这种联轴器的特点是结构简单，重量轻，惯性力小，又具有弹性，适用于传递转矩不大、转速较低、无急剧冲击的两轴连接。
如图11-5所示。
这种联轴器零件的材料可用45号钢，工作表面须进行热处理，以提高其硬度；
要求较低时也可用Q275钢，不进行热处理。
为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。
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速度应相等。
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。
因此选用时应注意其工作转速不得大于规定值。
这种联轴器一般用于转速n<
250r/min，轴的刚度较大，且无剧烈冲击处。
效率η＝1-（3～5）fy/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，mm；
d为轴径，mm。
图11-5十字滑块联轴器
图11-6滑块联轴器
2）滑块联轴器
如图11-6所示，这种联轴器与十字滑块联轴器相似，只是两半联轴器上的沟槽很宽，并把原来的中间盘改为两面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，又具有弹性，故允许较高的极限转速。
中间滑块也可用尼龙制成，并在配制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、高转速而无剧烈冲击处。
3）齿轮联轴器
它由带有外齿的两个内套筒和带有内齿的两个外套筒所组成。
齿式联轴器的优点是：
具有良好的补偿性，允许有综合的位移，能传递很大的转矩。
因此常用于重型机械中。
但是，当传递巨大转矩时，齿间的压力也随着增大，使联轴器的灵活性降低，而且其结构笨重、造价较高。
在重型机器和起重设备中应用较广，不适用于立轴。
如图11-7所示。
图11-7齿轮联轴器
图11-8万向联轴器
（3）万向联轴器
万向联轴器用于两轴相交某一角度的传动，两轴的角度偏斜可达350~450。
万向联轴器由两个具有叉状端部的万向接头和十字销组成。
这种联轴器有一个缺点，就是当主动轴作等速转动时，从动轴作变角速转动。
如果要是它们的角速度相等。
则可应用两套万向联轴器，使主动轴与从动轮同步传动。
若两轴线不重合，即使主动轴等速转动，而从动轴仍将为周期性的变速转动。
双万向联器可避免这一缺点。
万向联轴器能可靠的传递转矩和运动，结构紧凑，效率高，可用于相交轴间的联接，或有较大角位移的场合。
如图11-8所示。
2、有弹性元件的挠性联轴器
如前所述，这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。
弹性元件所能储蓄的能量愈多，则联轴器的缓冲能力愈强；
弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大、则联轴器的减振能力愈好。
这类联轴器目前应用很广，品种亦愈来愈多。
制造弹性元件的材料有非金属和金属两种。
非金属有橡胶、塑料等，其特点为质量小，价格便宜，有良好的弹性滞后性能，因而减振能力强。
金属材料制成的弹性元件（主要为各种弹簧）则强度高、尺寸小而寿命较长。
1）弹性套柱销联轴器
弹性套柱销联轴器与凸缘联轴器相似，只是用带有非金属（如橡胶）弹性套的柱销取代螺栓。
如图11-9所示。
靠弹性套的弹性来缓冲减震和补偿两轴偏移，适于起动频繁、载荷变化，但载荷不太大的场合。
2）尼龙柱销联轴器
尼龙柱销联轴器可以看成为弹性圈柱销联轴器简化而成。
即采用尼龙柱销代替弹性圈和金属柱销。
如图11-10所示。
为了防止柱销滑出，在柱销两端配置挡圈。
结构简单，安装、制造方便，耐久性好，也有吸振和补偿轴向位移的能力。
常用于轴向窜动量较大，经常正反转，起动频繁，转速较高的场合，可代替弹性圈柱销联轴器。
图11-9弹性套柱销联轴器
图11-10尼龙柱销联轴器
11.1.4联轴器的选择
联轴器品种、型式、规格很多，在正确理解品种、型式、规格各自概念的基础上，根据传动的需要来选择联轴器，首先从已经制订为标准的联轴器中选择，目前我过制订为国际和行标的联轴器有数十种，这些标准联轴器绝大多数是通用联轴器，每一种联轴器都有各自的特点和适合范围，基本能够满足多种工况的需要，一般情况下设计人员无需自行设计联轴器，只有在现有标准联轴器不能满足需要时才自行设计联轴器。
标准联轴器选购方便，价格比自行设计的非标准联轴器要便宜很多。
在众多的标准联轴器中，正确选择适合自己需要的最佳联轴器，关系到机械产品轴系传动的工作性能、可靠性、使用寿命、振动、噪声、节能、传动效率、传动精度、经济性等一系列问题，也关系到机械产品的质量。
设计人员在选用联轴器时应立足于从轴系传动的角度和需要来选择联轴器，应避免单纯的只考虑主、从动端联接选择联轴器。
必要时，可对其易损的薄弱环节进行负荷能力的校核计算，转速高时，还应验算其外缘的离心应力和弹性元件的变形，进行平衡检验等。
1、联轴器类型的选择
选择联轴器类型时，应考虑：
（一）动力机的机械特性
动力机到工作机之间，通过一个或数个不同品种型式、规格的联轴器将主、从动端联接起来，形成轴系传动系统。
在机械传动中，动力机不外乎电动机、内燃机和气轮机。
由于动力机工作原理和机构不同，其机械特性差别较大，有的运转平稳，有的运转时有冲击，对传动系统形成不等的影响。
根据动力机的机械特性，将动力机分为四类。
见表11-1。
表11-1动力机系数Kw
动力机类别代号
动力机名称
动力机系数Kw
Ⅰ
电动机、透平
1.0
Ⅲ
二缸内燃机
1.4
Ⅱ
四缸及四缸以上内燃机
1.2
Ⅳ
单缸内燃机
1.6
动力机的机械特性对整个传动系统有一定的影响，不同类别的动力机，由于其机械特性不同，应选取相应的动力机系数Kw，选择适合于该系统的最佳联轴器。
动力机的类别是选择联轴器品种的基本因素，动力机的功率是确定联轴器的规格大小的主要依据之一，与联轴器转矩成正比。
固定的机械产品传动系统中的动力机大都是电动机，运行的机械产品传动系统（例如船舶、各种车辆等）中的动力机多为内燃机，当动力机为缸数不同的内燃机时，必须考虑扭振对传动系统的影响，这种影响因素与内燃机的缸数、各缸是否正常工作有关。
此时一般应选用弹性联轴器，以调整轴系固有频率，降低扭振振幅，从而减振、缓冲、保护传动装置部件，改善对中性能，提高输出功率的稳定性。
（二）载荷类别
由于结构和材料不同，用于各个机械产品传动系统的联轴器，其载荷能力差异很大。
载荷类别主要是针对工作机的工作载荷的冲击、振动、正反转、制动、频繁启动等原因而形成不同类别的载荷。
为便于选用计算，将传动系统的载荷分为四类，见表11-2。
表11-2载荷类别
载荷类别
载荷状况
工况系数K
载荷均匀，工作平稳
1~1.5
重冲击载荷，频繁正反转
2.5~2.75
中等冲击载荷
1.5~2.5
特重冲击载荷，频繁正反转
>
2.75
传动系统的载荷类别是选择联轴器品种的基本依据。
冲击、振动和转矩变化较大的工作载荷，应选择具有弹性元件的挠性联轴器即弹性联轴器，以缓冲、减振、补偿轴线偏移，改善传动系统工作性能。
起动频繁、正反转、制动时的转矩是正常平稳工作时转矩的数倍，是超载工作，必然缩短联轴器弹性元件使用寿命，联轴器只允许短时超载，一般短时超载不得超过公称转矩的2~3倍，即[Tmax]≥2~3Tn。
低速工况应避免选用只适用于中小功率的联轴器，例如：
弹性套柱销联轴器、芯型弹性联轴器、多角形橡胶联轴器、轮胎式联轴器等；
需要控制过载安全保护的轴系，宜选用安全联轴器；
载荷变化较大的并有冲击、振动的轴系，宜选择具有弹性元件且缓冲和减振效果较好的弹性联轴器。
金属弹性元件弹性联轴器承载能力高于非金属弹性元件弹性联轴器；
弹性元件受挤压的弹性联轴器可靠性高于弹性元件受剪切的弹性联轴器。
（三）联轴器的许用转速
联轴器的许用转速范围是根据联轴器不同材料允许的线速度和最大外缘尺寸，经过计算而确定。
不同材料和品种、规格的联轴器许用转速的范围不相同，改变联轴器的材料可提高联轴器许用转速范围，材料为钢的许用转速大于材料为铸铁的许用转速。
用于n>
5000r/min工况条件的联轴器，应考虑联轴器外缘离心力和弹性元件变形等影响因素，并应作动平衡。
高速时不应选用非金属弹性元件弹性联轴器，高速时形成弹性元件变形，宜选用高精度的挠性联轴器，目前国外用于高速的联轴器不外乎膜片联轴器和高精度鼓形齿式联轴器。
（四）联轴器所联两轴相对位移
联轴器所联两轴由于制造误差、装配误差、安装误差、轴受载而产生变形、基座变形、轴承受损、温度变化（热胀、冷缩）、部件之间的相对运动等多种因素而产生相对位移。
一般情况下，两轴相对位移是难以避免的，但不同工况条件下的轴系传动所产生的位移方向，即轴向（x）、径向（y）、角向（α）以及位移量的大小有所不同。
如表11-3所示。
表11-3挠性联轴器和弹性联轴器许用补偿量
序号
联轴器名称
标准号
许用补偿量
径向（△y）/mm
轴向（△x）/mm
角向（△α）
1
滚子链条联轴器
GB/T6069-85
0.19~0.27
1.4~9.5
1o
2
SWC型整体叉头十字轴式
JB/T5513-85
15o~25o
3
SWP型剖分轴承十字轴式
JB/T3241-91
5o~10o
4
SWZ型整体轴承十字轴式万向联轴器
JB/T3242-93
≤10o
5
十字轴式万向联轴器
JB/T5901-91
≤45o
6
球笼式万向联轴器
GB/T7549-87
14o~18o
7
重型机械用球笼式万向联轴器
JB/T6140-92
≤25o
8
球铰式万向联轴器
JB/T6139-92
≤40o
9
TGL型鼓形齿式联轴器
JB/T5514-91
0.3~1.1
±
1
10
WGC、WGP、WGZ型鼓形齿式联轴器
7001-93
JB/T7002-93
7003-93
1.3~10.8
1o30′
11
GCLD型鼓形齿式联轴器
JB/T8854.1-1999
12
GCL型鼓形齿式联轴器
JB/T8854.2-1999
1.96~21.7
13
GCLZ型鼓形齿式联轴器
JB/T8854.3-1999
1.0~8.5
14
CL型鼓形齿式联轴器
JB/ZQ4218-86
0.4~6.3
0o30′
15
膜片联轴器
JB/T9147-1999
1~2
0o30′~1o30′
16
蛇形弹簧联轴器
GB/T8869-2000
0.2~0.5
0o30′~1o30′
17
簧片联轴器
GB/T12922-91
0.24~1.1
18
挠性杆联轴器
GB/T14654-93
6X10-3~15X10-3rad
19
弹性套柱销联轴器
GB/T4323-84
0.2~0.6
0o30′~1o30′
20
弹性柱销联轴器
GB/T5014-85
0.15~0.25
≤0o30′V
21
弹性柱销齿式联轴器
GB/T5015-85
0.3~1.5
0o30′~2o30′
22
梅花型弹性联轴器
GB/T5272-85
0.5~1.8
1o~2o30′
23
轮胎式联轴器
GB/T5844-86
1.0~5
3.2o
24
弹性环联轴器
GB/T2496-96
1.2~6.2
0o30′~1o30′
25
芯型弹性联轴器
GB/T10614-89
0.5~2
0o20′~1o30′
26
弹性块联轴器
JB/T9148-1999
0.6~2
2o~5o
27
多角形橡胶联轴器
JB/T5512-91
1o~1o30′
28
H形弹性联轴器
JB/T5511-91
0.35o~1o
29
径向弹性柱销联轴器
JB/T7849-95
0.35o~1o
30
LAK型鞍形块弹性联轴器
JB/T7648-95
2~10
1o~1.5o
31
球面滚子联轴器
JB/T7009-93
1.5o
32
滑块联轴器
JB/ZQ4384-97
≤0.2
≤0o40′
只有挠性联轴器才具有补偿两轴相对位移的性能，因此在实际应用中大量选择挠性联轴器。
刚性联轴器不具备补偿性能，应用范围受到限制，因此用量很少。
角向（α）唯一较大的轴系传动宜选用万向联轴器，有轴向窜动，并需控制轴向位移的轴系传动，应选用膜片联轴器；
只有对中精度很高的情况下选用刚性联轴器。
（五）联轴器的传动精度
小转矩和以传递运动为主的轴系传动，要求联轴器具有较高的传动精度，宜选用金属弹性元件的挠性联轴器。
大转矩个传递动力的轴系传动，对传动精度亦有要求，高转速时，应避免选用非金属弹性元件弹性联轴器和可动元件之间有间隙的挠性；
联轴器，宜选用传动精度高的膜片联轴器。
（六）联轴器尺寸、安装和维护
联轴器外形尺寸，即最大径向和轴向尺寸，必须在机器设备允许的安装空间以内。
应选择装拆方便、不用维护、维护周期长或者维护方便、更换易损件不用移动两轴、对中间调整容易的联轴器。
大型机器设备调整两轴对中较困难，应选择使用耐久和更换易损件方便的联轴器。
金属弹性元件挠性联轴器一般比非金属弹性元件挠性联轴器使用寿命长。
需密封润滑和使用不耐久的联轴器，必然增加维护工作量。
对于长期连续运转和经济效益较高的场合，例如我国冶金企业的轧机传动系统的高速端，目前普遍采用的是齿式联轴器，齿式联轴器虽然理论上传递转矩大，但必须在润滑和密封良好的条件下才能耐久工作，且需经常检查密封状况，注润滑油或润滑脂，维护工作量大，增加了辅助工时，减少了有效工作时间，影响生产效益。
国际上工业发达国家，已普遍选用使用寿命长、不用润滑和维护的膜片联轴器取代鼓形齿式联轴器，不仅提高了经济效益，还可以净化工作环境。
在轧机传动系统选用我过研制的弹性活销联轴器和扇形块弹性联轴器，不仅具有膜片联轴器的优点，而且缓冲减振效果好，价格便宜。
（七）工作环境
联轴器与各种不同主机产品配套使用，周围的工作环境比较复杂，如温度、湿度、水、蒸汽、粉尘、砂子、油、酸、碱、腐蚀介质、盐水、辐射等状况，是选择联轴器时必须考虑的重要因素之一。
对于高温、低温、有油、酸、碱介质的工作环境，不宜选用以一般橡胶为弹性元件材料的挠性联轴器，应选择金属弹性元件挠性联轴器，例如膜片联轴器、蛇形弹簧联轴器等。
弹性柱销式联轴器由于运转时柱销的窜动，自身噪声大，对于噪声有严格要求的场合就不应选用。
（八）经济性
由于各品种、型式、规格的联轴器结构、材料、大小和精度不同，其成本和造价相差很大。
一般精度要求的联轴器成本低于高精度要求的联轴器；
结构简单、工艺性好的联轴器成本低于结构复杂、工艺性差的联轴器；
采用一般材料作原料的联轴器成本低于采用特殊材料作原料的联轴器；
非金属弹性元件挠性联轴器的成本低于金属弹性元件挠性联轴器。
在选择联轴器时，价格是不可忽视的重要因素，有时甚至是决定因素。
对于一般工况条件，就无必要选择价格较贵的高精度联轴器，选用者往往因为经济的原因不能选用某些性能虽好但价格较高的挠性联轴器。
在选择联轴器时应根据选用各自实际情况和要求，综合考虑上述各种因素，从现有标准联轴器中选取最适合于自己需要的联轴器品种、型式和规格。
一般情况下现有的标准联轴器基本可以满足不同工况的需要。
2、联轴器型号、尺寸的确定
对于已标准化和系列化的联轴器，选定合适类型后，可按转矩、轴直径和转速等确定联轴器的型号和结构尺寸。
联轴器的计算转矩：
Tca=KAT
式中：
T为联轴器的名义转矩（N.m）；
Tca为联轴器的计算转矩（N.m）；
KA为工作情况系数，其值见表11-4（此系数也适用于离合器的选择）。
表11-4工作情况系数KA
分类
工作情况及举例
电动机、汽轮机
四缸和四缸以上内燃机
双缸内燃机
转矩变化很小，如发电机、小型通风机、小型离心泵
1.3
1.5
1.8
2.2
转矩变化小，如透平压缩机、木工机床、运输机
1.7
2.0
2.4
转矩变化中等，如搅拌机、增压泵、有飞轮的压缩机、冲床
1.9
2.6
转矩变化和冲击载荷中等，如织布机、水泥搅拌机、拖拉机
2.1
2.8
Ⅴ
转矩变化和冲击载荷大，如造纸机、挖掘机、起重机、碎石机
2.3
2.5
3.2
Ⅵ
转矩变化大并有极强烈冲击载荷，如压延机、无飞轮的活塞泵、重型初轧机
3.1
3.3
3.6
4.0
根据计算转矩、轴直径和转速等，由下面条件，可从有关手册中选取联轴器的型号和结构尺寸。
，
式中：
[T]为所选联轴器的许用转矩（N.m）；
n为被联接轴的转速（r/min）；
nmax为所选联轴器允许的最高转速（r/min）。
多数情况下，每一型号的联轴器适用的轴径均有一个范围。
标准中已给出轴径的最大与最小值，或者给出适用直径的尺寸系列，被联接的两轴应在此范围之内。
一般情况下，被联接的两轴的直径是不同的，两个轴端的形状也可能不同。
3、联轴器的选择算例
例11-1 如图所示，在电机与增压油泵用联轴器相联。
已知电机功率P＝7.5KW，转速n＝960r/min,电机伸出轴端的直径d1＝38mm，油泵轴的直径d2=42mm，选择联轴器型号。
解：
因为轴的转速较高，启动频繁，载荷有变化，宜选用缓冲性较好，同时具有可移性的弹性套
升级会员 