机械设计基础第十二章(联轴器、离合器和制动器)
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③ 制动器的类型。摩擦制动器按摩擦元件的结构型式分 为带式制动器、闸瓦式制动器和盘式制动器三类。
2020/9/18
三、典型实例分析
例13-1 一碎石机轴与齿轮减速器输出轴相连接。 已知工作转矩T=2.5kN·m，减速器输出轴轴径d1=90mm； 碎石机轴径d2=100mm，转速n=800r／min，试确定联轴 器的型号，并写出其标记。
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四、复习题
Hale Waihona Puke Baidu
（11）牙嵌离合器的常用牙型有矩形、梯形、锯齿形三种，在 传递较大转矩时常用的牙型为梯形，这是因为__________。
(A) 梯形牙强度较高，离合较容易且磨损能补偿；
(B) 梯形牙与齿接触面间有轴向分力；
(C) 接合后没有相对滑动；
(D) 梯形牙便于接合，强度最高，能传递的转矩最大。
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四、复习题
2. 选择题
（1）联轴器与离合器的主要作用是_____。
(A) 缓和冲击和振动；
(B) 补偿两轴间的偏移；
(C) 联接两轴并传递运动和转矩； (D) 防止机器发生过载。
（2）刚性联轴器和弹性联轴器的主要区别是_____。
(A) 弹性联轴器内装有弹性件，而刚性联轴器没有；
① 载荷平稳、冲击轻微，两轴易于准确对中，同时希望 寿命较长；
② 载荷比较平稳、冲击不大，但两轴轴线具有一定程度 的相对偏移；
③ 载荷不平稳，且具有较大冲击和振动。 ⑻ 牙嵌离合器常用的牙形有几种？各有什么特点？ ⑼ 为什么要限制圆盘摩擦离合器接合面的数目？ ⑽ 制动器常用在哪些场合？它们的工作原理是什么？ ⑾ 制动器通常是安装在机器的高速轴上还是低速轴上？ 为什么？
⑶ 型号选择
从机械设计手册（ZB/T19013—1989）查得： GⅡCL7 型鼓形齿式联轴器的许用转矩为6300N·m，许用最大转速为 3750r/min，轴径范围为50~105mm，故合用。
减速器轴端半联轴器用Y型轴孔，轴孔直径 d1=90mm， 轴孔长度L1=172mm；碎石机轴端半联轴器用J1型轴孔，轴 孔直径d2=100mm，轴孔长度L2=167mm。所以联轴器的标记 为
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二、学习指导
⒊ 离合器
⑴ 离合器的类型
离合器分为操纵离合器和自动离合器两大类。每一类根据 工作原理不同，又可分为嵌合式和摩擦式两种，它们分别是利 用牙的嵌合和工作表面的摩擦来传递转矩的。
⑵ 离合器的选择
当要求主、从动轴同步转动且传递转矩较大时，可选用牙 嵌式离合器，但应在停机或低速下进行接合；当要求在高速下 平稳接合，而主、从动轴同步性要求低时，宜选用单片或多片 圆盘摩擦式离合器；当要求在一定转矩、转速及转向条件下能 自动接合或分离时，应选用超越离合器。安全离合器能够起到 安全保障作用。
（6）下列_____不是弹性套柱销联轴器的特点。
(A) 结构简单，装拆方便； (B) 价格低廉；
(C) 能吸收振动和补偿两轴的综合位移。
(D) 弹性套不易损坏，使用寿命长。
（7）用于联接两相交轴的单万向联轴器，其主要缺点是______。
(A) 结构庞大，维护困难；(B) 零件易损坏，使用寿命短；
(C) 只能传递小转矩；
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三、典型实例分析
解：⑴ 类型选择 因用于低速轴，传递转矩较大，为使结构紧凑，选用 齿式联轴器。 ⑵ 求计算转矩Tc 根据原动机为电动机，工作机为碎石机查得：工作情 况系数K=2.3，求得计算转矩为
Tc=KT=（2.3×2.5）kN·m =5.75kN·m
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三、典型实例分析
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3.重点 几种常用联轴器、离合器和制动器的种类、 工作原理、结构、特点。
4.难点 各种联轴器、离合器的选用。
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二、学习指导
⒈ 联轴器、离合器和制动器的功用 联轴器和离合器是用来联接两轴（或轴与转动件），并传 递运动和转矩的部件。两者的区别是：用联轴器联接的两轴只 有在机器停车后，通过拆卸才能彼此分离；而用离合器联接的 两轴则可在机器转动过程中随时使两轴分离和接合。制动器是 对机械的运动件施加阻力或阻力矩，使其减速、停止或保持静 止状态的部件。
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一、基本内容及学习要求
2．学习要求 （1）了解联轴器、离合器和制动器的功用。 （2）掌握联轴器连接两轴间位置的补偿原理， 联轴器 与离合器在功能上的异同点。 （3）掌握常用联轴器、离合器和制动器的主要 类型、结构特点、工作原理、性能和选择及计算方 法。
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一、基本内容及学习要求
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二、学习指导
3. 制动器 ⑴ 制动器的工作原理、组成和类型 ① 制动器的工作原理。制动器多为摩擦制动器， 即利用摩擦元件之间产生摩擦阻力矩来消耗机械运动部 件的动能，以达到制动的目的。制动器通常安装在机械 中转速较高的轴上，这样所需制动力矩和制动器尺寸均 可较小。
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二、学习指导
⒉ 联轴器 ⑴ 联轴器的类型 联轴器分为刚性联轴器 ( 图13-1)和弹性联轴器 ( 图 13-2) 。刚性联轴器又分为固定式和可移式两种型式。固 定式联轴器要求两轴严格对中；而可移式联轴器允许两轴 有一定的安装误差，能补偿两轴的对中偏差。弹性联轴器 内包含有弹性元件，具有缓冲吸振作用，同时可补偿两轴 间的偏移。
20(2D0/9)/18主动轴作等速运动，但从动轴作周期性的变速运动。
四、复习题
（8）桥式起重机两传动轴用齿式联轴器CL2相联，两轴直径相等， 轴的转速n = 70r/min，如该联轴器许用最大转矩为1400N·m，取工 作情况系数K=1.5，试求联轴器能传递的最大功率Pmax 。
(A) Pmax=10.26kW； （B）Pmax=6.84kW； (C) Pmax=10kW； （D） Pmax=15.39kW。 （9）牙嵌离合器只能在__________接合。 (A) 单向转动时； （B）高速转动时； (C) 正反转工作时； （D）两轴转速差很小或停车时。 （10）某机器的两轴，要求在任何转速下都能接合，应选择 ________离合器。 (A) 摩擦； （B）牙嵌； (C) 安全； （D）超越。
⑶ 刚性可移式联轴器和弹性联轴器有何区别？各适合于什 么工作条件？
⑷ 刚性凸缘式联轴器有哪几种对中方法？各有什么特点？
⑸ 单万向联轴器的主要缺点是什么？双万向联轴器正确安 装的条件是什么？
⑹ 怎样计算联轴器的计算转矩？工作情况系数K与哪些因 素有关？
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四、复习题
⑺ 在下列工况下，选择哪类联轴器较好？试举出一种联 轴器的名称。
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四、复习题
（4）安装凸缘联轴器时，对两轴的要求是_____。
(A) 两轴严格对中；
(B) 两轴可有径向偏移；
(C) 两轴可相对倾斜一角度； (D) 两轴可有综合位移。
（5）齿式联轴器的特点是_____。
(A) 可补偿两轴的综合位移； (B)可补偿两轴的径向偏移；
(C) 可补偿两轴的角偏移； (D) 有齿顶间隙，能吸收振动
（12）设计多片圆盘摩擦离合器时，摩擦片的数目不宜取得过多， 这主要是为了避免________。
(A) 离合器分离动作不灵活； （B）各片受力不均匀；
(C) 2020/9/18 轴向尺寸过大；
（D）不易散热。
四、复习题
3. 计算题 ⑴ 一直流发电机的转速n=3000r/min，最大功率 P=20kW，外伸轴直径 d=45mm，试选择联轴器型号 (只要求与发电机轴联接的半联轴器满足直径要求)。 ⑵ 电动机与离心泵之间用联轴器相联。已知电动 机功率P=22kW,转速n=970r/min,电动机外伸轴的直径 d=55mm，水泵外伸轴的直径 d =50mm试选择联轴器 型号，并写出其标记。
(B) 弹性联轴器能补偿两轴间的偏移，而刚性联轴器不能；
(C) 刚性联轴器要求两轴严格对中，而弹性联轴器不要求对中；
(D) 弹性联轴器过载时能打滑，而刚性联轴器不能。
（3）弹性联轴器不适用于_____工作场合。
(A) 两轴线有相对偏移；
(B) 传递较大转矩；
(C) 两轴线倾斜一角度；
(D) 工作中有冲击、振动及起动频繁
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四、复习题
⑶ 一带式制动器(图13-3) ，其鼓轮直径D=50mm，杠杆 尺寸a=c=50mm，b=300mm，闸带与鼓轮间摩擦因数f=0.2，包 角α=270°。若制动力矩T=50N·m，试求加在杠杆顶端的作用力 F。
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图13-3
五、复习题参考答案
2． ⑴ C ⑵ A ⑶ B ⑷ A ⑸ A ⑹D⑺D⑻B⑼D⑽A ⑾A⑿A
二、学习指导
② 制动器的组成。制动器主要由制动架、摩擦元件和驱 动装置三部分组成 。制动架是制动器其他部分安装和支承的 基础。摩擦元件与制动轮以面相接触，以产生制动摩擦力矩。 驱动装置则将作用于制动器的驱动力放大并传递给摩擦元件 以实现制动（紧闸），或使摩擦元件与制动轮脱离接触而松 闸。另外，许多制动器摩擦元件的间隙还装有自动调整装置。
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二、学习指导
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图13-1
图13-2
二、学习指导
⑵ 联轴器的选择 ① 通常对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性大的短 轴可选用刚性固定式联轴器；对于载荷平稳、转速低且稳 定、刚性小的长轴，为了补偿安装误差和轴或其他相连接 件的变形，可选用无弹性元件挠性联轴器；对传递转矩较 大的重型机械，选用齿轮联轴器；对于高速且有冲击振动 的轴应选用有弹性元件挠性联轴器。
高等院校现代机械设计系列教材 Fundamentals of Machine Design
（第十三章）
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第十三章 联轴器、离合器和制动器
一、基本内容及学习要求 二、学习指导 三、典型实例分析 四、复习题 五 、复习题参考答案
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回目录
一、基本内容及学习要求
1．基本内容 （1）联轴器的组成与分类；几种常用联轴器 的结构、工作原理、特点以及选择和计算方法。 （2）离合器的组成与分类；几种常用离合器 的结构、工作原理、特点及其选择。 （3）制动器的组成与分类；几种常用制动器 的工作原理。
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二、学习指导
② 选择步骤： a ) 大部分联轴器已标准化，设计时主要是根据机器 的工作要求和特点，结合联轴器的性能选择合适的类型。 b) 按照连接的主从动轴径、计算转矩和转速在标准 中选出相应的型号。在选用时，应使标准中相应型号联轴 器的许用最大转矩大于或等于计算转矩，同时被连接的主 从动轴径的尺寸要在相应型号联轴器允许的直径范围之内。
G Ⅱ C L 7 联 轴 器 Y 9 1 0Z 7J 1 2 B0 89 913 J 1 1 1 06 07
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四、复习题
1. 问答题
⑴ 联轴器和离合器的功用是什么？两者的功用有何异同？
⑵ 刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器有何区别？各适 合于什么工作条件？
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三、典型实例分析
例13-1 一碎石机轴与齿轮减速器输出轴相连接。 已知工作转矩T=2.5kN·m，减速器输出轴轴径d1=90mm； 碎石机轴径d2=100mm，转速n=800r／min，试确定联轴 器的型号，并写出其标记。
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四、复习题
Hale Waihona Puke Baidu
（11）牙嵌离合器的常用牙型有矩形、梯形、锯齿形三种，在 传递较大转矩时常用的牙型为梯形，这是因为__________。
(A) 梯形牙强度较高，离合较容易且磨损能补偿；
(B) 梯形牙与齿接触面间有轴向分力；
(C) 接合后没有相对滑动；
(D) 梯形牙便于接合，强度最高，能传递的转矩最大。
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四、复习题
2. 选择题
（1）联轴器与离合器的主要作用是_____。
(A) 缓和冲击和振动；
(B) 补偿两轴间的偏移；
(C) 联接两轴并传递运动和转矩； (D) 防止机器发生过载。
（2）刚性联轴器和弹性联轴器的主要区别是_____。
(A) 弹性联轴器内装有弹性件，而刚性联轴器没有；
① 载荷平稳、冲击轻微，两轴易于准确对中，同时希望 寿命较长；
② 载荷比较平稳、冲击不大，但两轴轴线具有一定程度 的相对偏移；
③ 载荷不平稳，且具有较大冲击和振动。 ⑻ 牙嵌离合器常用的牙形有几种？各有什么特点？ ⑼ 为什么要限制圆盘摩擦离合器接合面的数目？ ⑽ 制动器常用在哪些场合？它们的工作原理是什么？ ⑾ 制动器通常是安装在机器的高速轴上还是低速轴上？ 为什么？
⑶ 型号选择
从机械设计手册（ZB/T19013—1989）查得： GⅡCL7 型鼓形齿式联轴器的许用转矩为6300N·m，许用最大转速为 3750r/min，轴径范围为50~105mm，故合用。
减速器轴端半联轴器用Y型轴孔，轴孔直径 d1=90mm， 轴孔长度L1=172mm；碎石机轴端半联轴器用J1型轴孔，轴 孔直径d2=100mm，轴孔长度L2=167mm。所以联轴器的标记 为
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二、学习指导
⒊ 离合器
⑴ 离合器的类型
离合器分为操纵离合器和自动离合器两大类。每一类根据 工作原理不同，又可分为嵌合式和摩擦式两种，它们分别是利 用牙的嵌合和工作表面的摩擦来传递转矩的。
⑵ 离合器的选择
当要求主、从动轴同步转动且传递转矩较大时，可选用牙 嵌式离合器，但应在停机或低速下进行接合；当要求在高速下 平稳接合，而主、从动轴同步性要求低时，宜选用单片或多片 圆盘摩擦式离合器；当要求在一定转矩、转速及转向条件下能 自动接合或分离时，应选用超越离合器。安全离合器能够起到 安全保障作用。
（6）下列_____不是弹性套柱销联轴器的特点。
(A) 结构简单，装拆方便； (B) 价格低廉；
(C) 能吸收振动和补偿两轴的综合位移。
(D) 弹性套不易损坏，使用寿命长。
（7）用于联接两相交轴的单万向联轴器，其主要缺点是______。
(A) 结构庞大，维护困难；(B) 零件易损坏，使用寿命短；
(C) 只能传递小转矩；
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三、典型实例分析
解：⑴ 类型选择 因用于低速轴，传递转矩较大，为使结构紧凑，选用 齿式联轴器。 ⑵ 求计算转矩Tc 根据原动机为电动机，工作机为碎石机查得：工作情 况系数K=2.3，求得计算转矩为
Tc=KT=（2.3×2.5）kN·m =5.75kN·m
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三、典型实例分析
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3.重点 几种常用联轴器、离合器和制动器的种类、 工作原理、结构、特点。
4.难点 各种联轴器、离合器的选用。
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二、学习指导
⒈ 联轴器、离合器和制动器的功用 联轴器和离合器是用来联接两轴（或轴与转动件），并传 递运动和转矩的部件。两者的区别是：用联轴器联接的两轴只 有在机器停车后，通过拆卸才能彼此分离；而用离合器联接的 两轴则可在机器转动过程中随时使两轴分离和接合。制动器是 对机械的运动件施加阻力或阻力矩，使其减速、停止或保持静 止状态的部件。
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一、基本内容及学习要求
2．学习要求 （1）了解联轴器、离合器和制动器的功用。 （2）掌握联轴器连接两轴间位置的补偿原理， 联轴器 与离合器在功能上的异同点。 （3）掌握常用联轴器、离合器和制动器的主要 类型、结构特点、工作原理、性能和选择及计算方 法。
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一、基本内容及学习要求
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二、学习指导
3. 制动器 ⑴ 制动器的工作原理、组成和类型 ① 制动器的工作原理。制动器多为摩擦制动器， 即利用摩擦元件之间产生摩擦阻力矩来消耗机械运动部 件的动能，以达到制动的目的。制动器通常安装在机械 中转速较高的轴上，这样所需制动力矩和制动器尺寸均 可较小。
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二、学习指导
⒉ 联轴器 ⑴ 联轴器的类型 联轴器分为刚性联轴器 ( 图13-1)和弹性联轴器 ( 图 13-2) 。刚性联轴器又分为固定式和可移式两种型式。固 定式联轴器要求两轴严格对中；而可移式联轴器允许两轴 有一定的安装误差，能补偿两轴的对中偏差。弹性联轴器 内包含有弹性元件，具有缓冲吸振作用，同时可补偿两轴 间的偏移。
20(2D0/9)/18主动轴作等速运动，但从动轴作周期性的变速运动。
四、复习题
（8）桥式起重机两传动轴用齿式联轴器CL2相联，两轴直径相等， 轴的转速n = 70r/min，如该联轴器许用最大转矩为1400N·m，取工 作情况系数K=1.5，试求联轴器能传递的最大功率Pmax 。
(A) Pmax=10.26kW； （B）Pmax=6.84kW； (C) Pmax=10kW； （D） Pmax=15.39kW。 （9）牙嵌离合器只能在__________接合。 (A) 单向转动时； （B）高速转动时； (C) 正反转工作时； （D）两轴转速差很小或停车时。 （10）某机器的两轴，要求在任何转速下都能接合，应选择 ________离合器。 (A) 摩擦； （B）牙嵌； (C) 安全； （D）超越。
⑶ 刚性可移式联轴器和弹性联轴器有何区别？各适合于什 么工作条件？
⑷ 刚性凸缘式联轴器有哪几种对中方法？各有什么特点？
⑸ 单万向联轴器的主要缺点是什么？双万向联轴器正确安 装的条件是什么？
⑹ 怎样计算联轴器的计算转矩？工作情况系数K与哪些因 素有关？
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四、复习题
⑺ 在下列工况下，选择哪类联轴器较好？试举出一种联 轴器的名称。
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四、复习题
（4）安装凸缘联轴器时，对两轴的要求是_____。
(A) 两轴严格对中；
(B) 两轴可有径向偏移；
(C) 两轴可相对倾斜一角度； (D) 两轴可有综合位移。
（5）齿式联轴器的特点是_____。
(A) 可补偿两轴的综合位移； (B)可补偿两轴的径向偏移；
(C) 可补偿两轴的角偏移； (D) 有齿顶间隙，能吸收振动
（12）设计多片圆盘摩擦离合器时，摩擦片的数目不宜取得过多， 这主要是为了避免________。
(A) 离合器分离动作不灵活； （B）各片受力不均匀；
(C) 2020/9/18 轴向尺寸过大；
（D）不易散热。
四、复习题
3. 计算题 ⑴ 一直流发电机的转速n=3000r/min，最大功率 P=20kW，外伸轴直径 d=45mm，试选择联轴器型号 (只要求与发电机轴联接的半联轴器满足直径要求)。 ⑵ 电动机与离心泵之间用联轴器相联。已知电动 机功率P=22kW,转速n=970r/min,电动机外伸轴的直径 d=55mm，水泵外伸轴的直径 d =50mm试选择联轴器 型号，并写出其标记。
(B) 弹性联轴器能补偿两轴间的偏移，而刚性联轴器不能；
(C) 刚性联轴器要求两轴严格对中，而弹性联轴器不要求对中；
(D) 弹性联轴器过载时能打滑，而刚性联轴器不能。
（3）弹性联轴器不适用于_____工作场合。
(A) 两轴线有相对偏移；
(B) 传递较大转矩；
(C) 两轴线倾斜一角度；
(D) 工作中有冲击、振动及起动频繁
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四、复习题
⑶ 一带式制动器(图13-3) ，其鼓轮直径D=50mm，杠杆 尺寸a=c=50mm，b=300mm，闸带与鼓轮间摩擦因数f=0.2，包 角α=270°。若制动力矩T=50N·m，试求加在杠杆顶端的作用力 F。
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图13-3
五、复习题参考答案
2． ⑴ C ⑵ A ⑶ B ⑷ A ⑸ A ⑹D⑺D⑻B⑼D⑽A ⑾A⑿A
二、学习指导
② 制动器的组成。制动器主要由制动架、摩擦元件和驱 动装置三部分组成 。制动架是制动器其他部分安装和支承的 基础。摩擦元件与制动轮以面相接触，以产生制动摩擦力矩。 驱动装置则将作用于制动器的驱动力放大并传递给摩擦元件 以实现制动（紧闸），或使摩擦元件与制动轮脱离接触而松 闸。另外，许多制动器摩擦元件的间隙还装有自动调整装置。
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二、学习指导
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图13-2
二、学习指导
⑵ 联轴器的选择 ① 通常对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性大的短 轴可选用刚性固定式联轴器；对于载荷平稳、转速低且稳 定、刚性小的长轴，为了补偿安装误差和轴或其他相连接 件的变形，可选用无弹性元件挠性联轴器；对传递转矩较 大的重型机械，选用齿轮联轴器；对于高速且有冲击振动 的轴应选用有弹性元件挠性联轴器。
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（第十三章）
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第十三章 联轴器、离合器和制动器
一、基本内容及学习要求 二、学习指导 三、典型实例分析 四、复习题 五 、复习题参考答案
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回目录
一、基本内容及学习要求
1．基本内容 （1）联轴器的组成与分类；几种常用联轴器 的结构、工作原理、特点以及选择和计算方法。 （2）离合器的组成与分类；几种常用离合器 的结构、工作原理、特点及其选择。 （3）制动器的组成与分类；几种常用制动器 的工作原理。
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二、学习指导
② 选择步骤： a ) 大部分联轴器已标准化，设计时主要是根据机器 的工作要求和特点，结合联轴器的性能选择合适的类型。 b) 按照连接的主从动轴径、计算转矩和转速在标准 中选出相应的型号。在选用时，应使标准中相应型号联轴 器的许用最大转矩大于或等于计算转矩，同时被连接的主 从动轴径的尺寸要在相应型号联轴器允许的直径范围之内。
G Ⅱ C L 7 联 轴 器 Y 9 1 0Z 7J 1 2 B0 89 913 J 1 1 1 06 07
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四、复习题
1. 问答题
⑴ 联轴器和离合器的功用是什么？两者的功用有何异同？
⑵ 刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器有何区别？各适 合于什么工作条件？