机械设计-联轴器
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结构：由瓦块、制动轮等零件组成。
工作原理：通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。 借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断 电制动 是为了保 证设备安 全。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 32
瓦块材料：铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。 瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动力矩选型。
二、带式制动器
引起磨损和发热；
22
第十六章 联轴器、离合器和制动器 25
第十六章 联轴器、离合器和制动器 26
2）多片式圆盘摩 主动摩擦片 被动摩擦片 调整螺母
擦离合器
杠杆 滑环
结构特点： 多个摩擦片叠加在 一起；
工作原理：移动 滑环，通过杠杆 作用，压紧或放 松磨擦片，来实 现两轴的结合与 分离。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 27 3. 滚柱超越离合器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 24
1）单片式圆盘摩擦离合器 结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。
工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦 力带动从动轴转动。
优点：
1.在任何转速条件下两轴都可 Rf
以进行结合； 2.过载时打滑，起保护作用；
33
Fa
3.结合平稳、冲击和振动小。
缺点：结合过程中不可避免出现打滑， 1
第十六章 联轴器、离合器和制动器 9 3.套筒联轴器
这是一种结构最简单的固定式联轴器（图 19-4），这种联轴器是一个圆柱形套筒，用两个 圆锥销来传递转矩。当然也可以用两个平键代替 圆锥销。其优点是径向尺寸小，结构简单。结构 尺寸推荐：D=(1.5-2)d；L=(2.8-4)d。此种联 轴器尚无标准，需要自行设计，如机床上就经常 采用这种联轴器。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 28
第十六章 联轴器、离合器和制动器 29
结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。 滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。
工作原理： 当外环逆时钟转动时，以摩擦
力带动滚柱向前滚动，进一步 楔紧内外接触面，从而驱动星 轮一起旋转。
当外环反向转动时，则带动 滚柱克服弹簧力而滚到楔形空 间的宽敞位置，离合器处于分 离状态。
表17-1 工作情况系数KA
工作机
原动机为电动机时
发电机、小型通风机、小型离心机
1.3
透平压缩机、木工机械、输送机
1.5
搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机
1.7
织布机、水泥搅拌机、拖拉机
1.9
挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械
2.3
第十六章 联轴器、离合器和制动器 18
例 19-l电动机经减速器拖动水泥搅拌机工作。已
第十六章 联轴器、离合器和制动器 30
§16-3 制动器
利用摩擦力矩来消耗机器运动部件的动能，从而实现制动 的。其动作迅速，可靠；其摩擦副耐磨，易散热。
按照制动零件的结构特征分：有带式、块式、盘式等型式 的制动器。
按机构不工作时制动零件所处状态分：有常闭式和常开式 两种制动器；前者经常处于紧闸状态，要加外力才能解除制 动作用，例如提升机构中的制动器；后者经常处于松闸状态， 必须施加外力才能实现制动，例如多数车辆中的制动器。
按照控制方式分：自动式和操纵式两类；前者如各类常闭 式制动器；后者包括用人力、液压、气动及电磁来操纵的制 动器。
制动器通常装在机构中转速较高的轴上，这样所需制动力 矩和制动器尺寸可以小一些。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 31
作用：降低机械运转速度或停止运转的装置。
应用：车辆、起重机械等。
一、块式制动器
工作原理： 在外力的作用下，闸带收紧抱住制动 轮实现制动。
特点：结构简单、紧凑。
ω
FF
a
b
a
挠性联轴器可分为有弹性元件挠性联轴器和 无弹性元件挠性联轴器。无弹性元件的只具有 补偿两轴线相对位移的能力，但不能缓冲减振； 有弹性元件的除具有补偿两轴线相对位移的能 力外，还具有缓冲和减振的作用。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 5
三、常用联轴器结构和特点
1.凸缘联轴器
(a)
(b)
图16-2凸缘联轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 6
凸缘联轴器是应用最广的固定式刚性联轴器。如 图所示，它用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接起来， 以实现两轴联接。联轴器中的螺栓可以用普通螺栓， 也可以用铰制孔螺栓。
这种联轴器有两种主要的结构型式：图a是有 对中的I型凸缘联轴器，靠凸肩和凹槽来实现两轴同 心。图是II型凸缘联轴器，靠铰制孔用螺栓来实现两 轴同心。为安全起见，凸缘联轴器的外圈还应加上 防护罩或将凸缘制成轮缘型式。制造凸缘联轴器时， 应准确保持半联轴器的凸缘端面与孔的轴线垂直， 安装时应使两轴精确同心。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 10 4.万向联轴器
双万向联轴器示意图
第十六章 联轴器、离合器和制动器 11 作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且 在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。 应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。
α
1）单万向联轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 12 2）双万向铰链机构 将两个单万向铰链机构串联，构成双万向铰链机构。
x
y
轴向位移x
角位移
径向位移y
xy
综合位移x、y、
第十六章 联轴器、离合器和制动器 4
二、联轴器的分类
联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器
刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对 位移的能力，要求两轴安装严格对中。但结构 简单，制造成本低，装拆、维护方便，能保证 两轴有较高的对中性，传递转矩较大，所以应 用广泛。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 7
2.滑块联轴器
结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具 有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽 中，构成移动副。 工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹 槽内滑动。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 8
y α
优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心 力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。 适用范围：α≤30’, y≤0.04d，v≤300 r/min
第十六章 联轴器、离合器和制动器 21
三、 常用离合器的结构和特点
1.牙嵌式离合器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 22
结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。
工作原理： 利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。
固定套筒
活动套筒
滑环
对中环
第十六章 联轴器、离合器和制动器 23 2.摩擦离合器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 20
§16-2 离合器
一、性能要求
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。
二、分类
按其工作原理可分为嵌入式、摩擦式两类； 按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类； 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。
由表 19-1查得，工作机为水泥搅拌机时工作情 况系数KA=1.9，故计算转矩
N·m
（3）确定型号
由设计手册中选取弹性套柱销联轴器TL 6。它的 公称扭矩（即许用转矩）为 250 N·m，半联轴器 材料为钢时，许用转速为 3800 r/min，允许的轴 孔直径在32-42 mm之间。以上数据均能满足本题 的要求，故合用。
5. 弹性套柱销联 轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 15 6. 弹性柱销联轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 16
四、联轴器的选择
联轴器大都已经标准化了，可直接选用。
1.工作条件=>选类
型 转矩 2. 转速
=>确定型号与规格
轴径
计算转矩： Tc=KAT T为名义转矩；KA为工况系数；
第十六章 联轴器、离合器和制动器 17
用来降低机械的运转速度或迫使机械停止运转的 部件。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 3
§16-1 联轴器
一、性能要求
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。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 1
第十六章 联轴器、 离合器和制动器
§16-1 联轴器 §16-2 离合器 §16-3 制动器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 2
•联轴器 用来把两轴联接在一起，以传递运动与转矩，机
器停止运转后才能接合或分离的一种装置。 离合器
在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的 一种装置。它可用来操纵机器传动系统的断续， 以便进行变速及换向等。 •制动器
知电动机的功率P＝11 kW，转速n＝970 r/min，
电动机轴的直径和减速器输入轴的直径均为 42 mm，试选择电动机与减速器之间的联轴器。
解：（1）选择类型：为了缓和冲击和减轻振动， 选用弹性套柱销联轴器。
（2）求计算转矩
T 9550 P 9550 11 108 N·m
n
970
第十六章 联轴器、离合器和制动器 19
安装要求： ①主动、从动、中间三轴共面；
②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹 角应相等；
③中间轴两端的叉面应在同一平面内。
α1
2α
C
α1
C
2α
第十六章 联轴器、离合器和制动器 13 3）小型双万向联轴器
结构如图所示，通常采用合金钢制造。
A
α
α
A
α
A--A
第十六章 联轴器、离合器和制动器 14
工作原理：通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。 借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断 电制动 是为了保 证设备安 全。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 32
瓦块材料：铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。 瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动力矩选型。
二、带式制动器
引起磨损和发热；
22
第十六章 联轴器、离合器和制动器 25
第十六章 联轴器、离合器和制动器 26
2）多片式圆盘摩 主动摩擦片 被动摩擦片 调整螺母
擦离合器
杠杆 滑环
结构特点： 多个摩擦片叠加在 一起；
工作原理：移动 滑环，通过杠杆 作用，压紧或放 松磨擦片，来实 现两轴的结合与 分离。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 27 3. 滚柱超越离合器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 24
1）单片式圆盘摩擦离合器 结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。
工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦 力带动从动轴转动。
优点：
1.在任何转速条件下两轴都可 Rf
以进行结合； 2.过载时打滑，起保护作用；
33
Fa
3.结合平稳、冲击和振动小。
缺点：结合过程中不可避免出现打滑， 1
第十六章 联轴器、离合器和制动器 9 3.套筒联轴器
这是一种结构最简单的固定式联轴器（图 19-4），这种联轴器是一个圆柱形套筒，用两个 圆锥销来传递转矩。当然也可以用两个平键代替 圆锥销。其优点是径向尺寸小，结构简单。结构 尺寸推荐：D=(1.5-2)d；L=(2.8-4)d。此种联 轴器尚无标准，需要自行设计，如机床上就经常 采用这种联轴器。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 28
第十六章 联轴器、离合器和制动器 29
结构：由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。 滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。
工作原理： 当外环逆时钟转动时，以摩擦
力带动滚柱向前滚动，进一步 楔紧内外接触面，从而驱动星 轮一起旋转。
当外环反向转动时，则带动 滚柱克服弹簧力而滚到楔形空 间的宽敞位置，离合器处于分 离状态。
表17-1 工作情况系数KA
工作机
原动机为电动机时
发电机、小型通风机、小型离心机
1.3
透平压缩机、木工机械、输送机
1.5
搅拌机、增压机、有飞轮的压缩机
1.7
织布机、水泥搅拌机、拖拉机
1.9
挖掘机、起重机、碎石机、造纸机械
2.3
第十六章 联轴器、离合器和制动器 18
例 19-l电动机经减速器拖动水泥搅拌机工作。已
第十六章 联轴器、离合器和制动器 30
§16-3 制动器
利用摩擦力矩来消耗机器运动部件的动能，从而实现制动 的。其动作迅速，可靠；其摩擦副耐磨，易散热。
按照制动零件的结构特征分：有带式、块式、盘式等型式 的制动器。
按机构不工作时制动零件所处状态分：有常闭式和常开式 两种制动器；前者经常处于紧闸状态，要加外力才能解除制 动作用，例如提升机构中的制动器；后者经常处于松闸状态， 必须施加外力才能实现制动，例如多数车辆中的制动器。
按照控制方式分：自动式和操纵式两类；前者如各类常闭 式制动器；后者包括用人力、液压、气动及电磁来操纵的制 动器。
制动器通常装在机构中转速较高的轴上，这样所需制动力 矩和制动器尺寸可以小一些。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 31
作用：降低机械运转速度或停止运转的装置。
应用：车辆、起重机械等。
一、块式制动器
工作原理： 在外力的作用下，闸带收紧抱住制动 轮实现制动。
特点：结构简单、紧凑。
ω
FF
a
b
a
挠性联轴器可分为有弹性元件挠性联轴器和 无弹性元件挠性联轴器。无弹性元件的只具有 补偿两轴线相对位移的能力，但不能缓冲减振； 有弹性元件的除具有补偿两轴线相对位移的能 力外，还具有缓冲和减振的作用。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 5
三、常用联轴器结构和特点
1.凸缘联轴器
(a)
(b)
图16-2凸缘联轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 6
凸缘联轴器是应用最广的固定式刚性联轴器。如 图所示，它用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接起来， 以实现两轴联接。联轴器中的螺栓可以用普通螺栓， 也可以用铰制孔螺栓。
这种联轴器有两种主要的结构型式：图a是有 对中的I型凸缘联轴器，靠凸肩和凹槽来实现两轴同 心。图是II型凸缘联轴器，靠铰制孔用螺栓来实现两 轴同心。为安全起见，凸缘联轴器的外圈还应加上 防护罩或将凸缘制成轮缘型式。制造凸缘联轴器时， 应准确保持半联轴器的凸缘端面与孔的轴线垂直， 安装时应使两轴精确同心。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 10 4.万向联轴器
双万向联轴器示意图
第十六章 联轴器、离合器和制动器 11 作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且 在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。 应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。
α
1）单万向联轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 12 2）双万向铰链机构 将两个单万向铰链机构串联，构成双万向铰链机构。
x
y
轴向位移x
角位移
径向位移y
xy
综合位移x、y、
第十六章 联轴器、离合器和制动器 4
二、联轴器的分类
联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器
刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对 位移的能力，要求两轴安装严格对中。但结构 简单，制造成本低，装拆、维护方便，能保证 两轴有较高的对中性，传递转矩较大，所以应 用广泛。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 7
2.滑块联轴器
结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具 有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽 中，构成移动副。 工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹 槽内滑动。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 8
y α
优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心 力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。 适用范围：α≤30’, y≤0.04d，v≤300 r/min
第十六章 联轴器、离合器和制动器 21
三、 常用离合器的结构和特点
1.牙嵌式离合器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 22
结构：由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。
工作原理： 利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。
固定套筒
活动套筒
滑环
对中环
第十六章 联轴器、离合器和制动器 23 2.摩擦离合器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 20
§16-2 离合器
一、性能要求
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。
二、分类
按其工作原理可分为嵌入式、摩擦式两类； 按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类； 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。
由表 19-1查得，工作机为水泥搅拌机时工作情 况系数KA=1.9，故计算转矩
N·m
（3）确定型号
由设计手册中选取弹性套柱销联轴器TL 6。它的 公称扭矩（即许用转矩）为 250 N·m，半联轴器 材料为钢时，许用转速为 3800 r/min，允许的轴 孔直径在32-42 mm之间。以上数据均能满足本题 的要求，故合用。
5. 弹性套柱销联 轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 15 6. 弹性柱销联轴器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 16
四、联轴器的选择
联轴器大都已经标准化了，可直接选用。
1.工作条件=>选类
型 转矩 2. 转速
=>确定型号与规格
轴径
计算转矩： Tc=KAT T为名义转矩；KA为工况系数；
第十六章 联轴器、离合器和制动器 17
用来降低机械的运转速度或迫使机械停止运转的 部件。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 3
§16-1 联轴器
一、性能要求
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。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 1
第十六章 联轴器、 离合器和制动器
§16-1 联轴器 §16-2 离合器 §16-3 制动器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 2
•联轴器 用来把两轴联接在一起，以传递运动与转矩，机
器停止运转后才能接合或分离的一种装置。 离合器
在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的 一种装置。它可用来操纵机器传动系统的断续， 以便进行变速及换向等。 •制动器
知电动机的功率P＝11 kW，转速n＝970 r/min，
电动机轴的直径和减速器输入轴的直径均为 42 mm，试选择电动机与减速器之间的联轴器。
解：（1）选择类型：为了缓和冲击和减轻振动， 选用弹性套柱销联轴器。
（2）求计算转矩
T 9550 P 9550 11 108 N·m
n
970
第十六章 联轴器、离合器和制动器 19
安装要求： ①主动、从动、中间三轴共面；
②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹 角应相等；
③中间轴两端的叉面应在同一平面内。
α1
2α
C
α1
C
2α
第十六章 联轴器、离合器和制动器 13 3）小型双万向联轴器
结构如图所示，通常采用合金钢制造。
A
α
α
A
α
A--A
第十六章 联轴器、离合器和制动器 14