1、 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
2、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
3、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11.1.1 联轴器的功用和分类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，
4、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11.1.2. 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
5、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。按对中方式分为型和型：型用凸肩和凹槽（D1）对中，并用普通螺栓联接，工作时靠两
6、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。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) 型 (b) 型图 11-5 凸缘联轴器凸缘联轴器
7、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，
8、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 n2.75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
9、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 23 倍，即 Tmax 23Tn 。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
10、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 n5000r/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
11、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（）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 许用补偿量序号联轴器名称 标准号 径向（ y）/mm轴向（ x）/mm角向（）1 滚子链条联轴器 GB/T6069 - 85 0.190.27 1.49.5 1o2 SWC 型整体叉头十字轴式 JB/T5513 - 85 15o 25o3 SWP
12、型剖分轴承十字轴式 JB/T3241 - 91 5o 10o4SWZ 型整体轴承十字轴式万向联轴器JB/T3242 - 93 10o5 十字轴式万向联轴器 JB/T5901 - 91 45o6 球笼式万向联轴器 GB/T7549 - 87 14 o 18o7重型机械用球笼式万向联轴器JB/T6140 - 92 25o8 球铰式万向联轴器 JB/T6139 - 92 40 o9 TGL 型鼓形齿式联轴器 JB/T5514 - 91 0.31.1 1 1o10WGC 、 WGP 、 WGZ 型鼓形齿式联轴器7001 - 93 JB/T 7002 - 937003 - 931.310.8 1o30
13、11 GCLD 型鼓形齿式联轴器JB/T8854.1 - 19991o30 12 GCL 型鼓形齿式联轴器 JB/T8854.2 - 1.9621.7 1o30 199913 GCLZ 型鼓形齿式联轴器JB/T8854.3 - 19991.08.5 1o30 14 CL 型鼓形齿式联轴器JB/ZQ4218 - 860.46.3 0o30 15 膜片联轴器JB/T9147 - 199912 0o30 1o30 16 蛇形弹簧联轴器GB/T8869 - 20000.20.5 0o30 1o30 17 簧片联轴器GB/T12922 - 910.241.118 挠性杆联轴器GB/T14654 - 93
14、6X10 - 3 15X10 - 3 rad19 弹性套柱销联轴器 GB/T4323 - 84 0.20.6 0o30 1o30 20 弹性柱销联轴器 GB/T5014 - 85 0.150.25 0 o30 V21 弹性柱销齿式联轴器 GB/T5015 - 85 0.31.5 0 o30 2o30 22 梅花型弹性联轴器 GB/T5272 - 85 0.51.8 1o 2 o30 23 轮胎式联轴器 GB/T5844 - 86 1.05 3.2 o24 弹性环联轴器 GB/T2496 - 96 1.26.2 0o30 1 o30 25 芯型弹性联轴器GB/T10614 - 890.52 0o
15、201o3026 弹性块联轴器JB/T9148 - 19990.62 2o 5 o27 多角形橡胶联轴器 JB/T5512 - 91 12 1o 1o30 28 H 形弹性联轴器 JB/T5511 - 91 0.52 0.35o1o29 径向弹性柱销联轴器 JB/T7849 - 95 1 0.35 o1o30 LAK 型鞍形块弹性联轴器 JB/T7648 - 95 210 1 o1.5o31 球面滚子联轴器 JB/T7009 - 93 1.5 o32 滑块联轴器JB/ZQ4384 - 97 0.2 0 o40 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
16、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（）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
17、、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、
18、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，
19、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
20、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)；T ca为联轴器的计算转矩 (N.m)；K A 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单缸内燃机 转矩变化很小，如发电机、小型通风机、小型离心
21、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 1.5 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 1.7 1.9 2.2 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 1.9 2.1 2.4 2.8 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 2.8 3.2 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。，caTmaxn式中： T为所选联轴器的许用转
22、矩(N.m)；n 为被联接轴的转速(r/min)；n max 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 P7.5KW ，转速 n960r/min,电机伸出轴端的直径 d138mm，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柱销联轴器。计算转矩：T ca=KAT查表 11-1 得：K1.7。名义转矩
