联轴器与离合器教案教材(供参考)

第十一章联轴器和离合器联轴器和离合器是机械传动中的常用部件，常用于机床，汽车，起重机等各种工程机械行业。

联轴器用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件如图11-1所示。

在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。

一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。

离合器是汽车动力系统的重要部件，它担负着将动力与发动机之间进行切断与连接的工作如图11-2所示。

1981年法国人制成摩擦片式离合器，摩擦离合器是应用得最广也是历史最久的一类离合器随着工业技术的发展，联轴器和离合器的类型越来越多，应了解各型号的结构特点以及应用场合并解决其选型等问题，以提高联轴器和离合器的工作能力，改善的联轴器和奔合器传动质量。

图11-1 联轴器图11-2离合器本章知识要点(1)了解联轴器的功用与分类特点。

(2)熟悉联轴器的选用方法，掌握联轴器选型计算步骤。

(3)了解离合器的功用与分类，熟悉摩擦式片离合器的工作原理。

兴趣实践以汽车离合器为例，研究不同汽车上所选用的离合器类型有何不同，并对离合器的内部结构进行拆装，掌握其结构上的异同和特殊性，注意观察离合器制动的关键构件。

探索思考根据工作环境和传动力矩的不同，应该怎样选择合适类型的联轴器？预习准备本章讲学习联轴器和离合器的分类，工作原理、结构特点以及应用场合。

着重预习联轴器的选型步骤和选型计算方法，并且了解联轴器和离合器的异同点。

11.1 联轴器一般机械都是由原动机、传动机和工作机构组成，这三部分必须联接起来才能工作，而联轴器就是把它们联接起来的一种重要装置。

联轴器主要用于两轴之间的联接，它也可用于轴和其它零件（卷筒、齿轮、带轮等）之间的联接。

它的主要任务是传递扭矩。

若要使两轴分离，必须通过停车拆卸才能实现。

联轴器所要联接的轴之间，由于存在制造、安装误差，受载受热后的变形以及传动过程中会产生振动等因素，往往存在着轴向、径向或偏角等相对位置的偏移,如图11-3所示。

故联轴器除了传动外，还要有一定的位置补偿和吸振缓冲的功用。

根据联轴器有无弹性元件可分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类，即刚性联轴器和弹性联轴器。

刚性联轴器又根据器结构特点分为固定式和可移动式两类，固定式联轴器要求被联接的两轴中心线严格对中。

而可移动式联轴器允许两轴有一定的安装误差，对两轴的位移有一定的补偿能力。

弹性联轴器视其所具有弹性元件材料的不同，又可以分为金属弹簧式和非金属弹性元件式两类。

弹性联轴器不仅能在一定范围内补偿两轴线间的位移，还具有缓冲减振的作用。

在刚性联轴器中，又存在固定式和移动式的区别。

图11-3两轴之间的相对位移固定式刚性联轴器刚性联轴器无位移补偿能力，用在被连接两轴要求严格对中及工作中无相对位移之处。

刚性联轴器中应用较多的是套筒式、夹壳式、凸缘式等几种类型，而凸缘联轴器是应用最多的一种。

1、套筒式联轴器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。

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。