【设计知识】联轴器和离合器的基础知识,必须收藏!

在工作过程中，使两轴始终处于联接状态的称联轴器。

一、联轴器

1.功用

联轴器通常用来联接两轴并在其间传递运动和转矩；具有吸收振动和缓和冲击的能力；可以作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用；用联轴器联接轴时只有在机器停止运转，经过拆卸后才能使两轴分离。

2.分类

3.分类要求

固定联轴器：要求被联接的两轴中心线严格对中；

可移式联轴器：允许两轴有一定的安装误差。

弹性联轴器：其中的弹性元件材料不同,能在一定范围内补偿两轴线间的位移，还有缓冲减震的作用。

4.位移补偿

联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形、轴承磨损、回转零件不平衡以及温度变化的影响，两轴的轴线往往存在着某种程度的相对位移与偏斜；

联轴器要从结构上采取各种不同的措施，使联轴器具有补偿各种偏移量的性能，否则就会在轴、联轴器、轴承设计中引起附加载荷，导致工作情况恶化。

两轴间的位移种类有：轴向位移、径向位移、偏角位移和综合位移。

二、固定式刚性联轴器

1.结构特点

A.结构简单,维护方便，能传递较大的扭矩；

B.但对被联接的两轴间的相对位移缺乏补偿能力；

C.对两轴的对中性要求很高,若两轴线发生相对位移,就会在轴、联轴器和轴承上引起附加载荷和严重磨损，严重影响轴与轴承的正常工作；此外，在传递载荷时不能缓和冲击和吸收振动。

2.应用场合

低速、大转矩、载荷平稳、短而刚性好的轴的连接

3.种类

凸缘联轴器和套筒联轴器两种。

4.凸缘联轴器结构特点

A.组成：两个带凸缘的半联轴器和一组螺栓；

B.工作原理：两个带凸缘的半联轴器用键分别于两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器连接成一体，以传递运动和转矩。

C.对中方式：1、通过分别具有凸肩和凹槽的两个半联轴器的相互嵌合来对中，半联轴器采用普通螺栓联接；(靠预紧普通螺栓在凸缘边接触表面产生的摩擦力传递力矩；用铰制孔螺栓对中，靠螺杆承受挤压与剪切传递力矩。)2、两个半联轴器都制出凸肩，共同与一个剖分环配合而实现对中。

D.适用：低速、大转矩、载荷平稳、短而刚性好的轴的连接。

E.结构简单，传递扭矩大；传力可靠、对中性好；拆装简便、应用广泛；但不具有位移补偿功能；按标准选用。

5.套筒联轴器结构特点

A.组成：通过公用套筒与两轴采用键连接或销连接。

B.优点：结构简单，制造方便，成本低，径向尺寸小。

C.缺点：装拆时需轴向移动。

D.用场合：两轴直径较小、两轴对中性精度高、工作平稳的场合，用于传递转矩较小的场合。

三、挠性联轴器

（一）刚性可移式联轴器（无弹性元件联轴器）的种类：十字滑块联轴器、万向联轴器和鼓形齿联轴器。

1.齿式联轴器

A.组成：两个带有内齿及凸缘的外套筒、 两个带外齿的内套筒；

B.工作原理：两内套筒分别用键与两轴连接，两外套筒用螺栓连接，通过内外齿的啮合传递转矩和运动。

C.特点：为能补偿两轴的相对位移，将外齿环的轮齿做成鼓形齿，齿顶做成中心线在轴线上的球面，齿顶和齿侧留有较大的间隙。

通过啮合齿间的顶隙、侧隙，具备有允许两轴间有径向、轴向、角综合位移补偿的功能；转速高（可达3500r/min），能传递很大的转矩（可达10 6 N·m），并能补偿较大的综合位移，工作很高、对安装精度要求不高，要润滑；

D.缺点：质量大，制造较困难，成本高。

E.应用：广泛用于汽车等大重型机械设备中。

2.十字滑块联轴器

A.结构特点：由半连轴器1、3（左、右套筒）和浮动盘2（十字滑块）联接在一起,两轴一起转动；浮动盘的凸榫可在半连轴器的凹槽中滑动；摩擦较大，要加以润滑。

B.优点：径向尺寸小,结构简单

C.缺点：但耐冲击性差，滑块与凹槽间易摩损，需润滑；十字滑块因径向位移会产生较大离心惯性力，而给轴和轴承带来附加载荷。

D.应用场合：常用于刚性大、转速低，冲击小的场合。

3.万向联轴器

A.结构：由一个十字轴、两个万向节叉、四个滚针轴承组成；所有转动副的回转中心（轴线）交于一点O，两轴间的夹角为α；是一种用以传递变夹角的相交两轴之间的运动的装置（联轴器）。

B.工作原理：当轴Ⅰ旋转一周时，轴Ⅱ也将随之转一周，即两轴的平均传动比为1；但是，两轴的瞬时传动比却不恒为1，而是作周期性变化的；万向节的这种特性称作瞬时传动比的不均匀性；就单个万向节而言，在输入轴与输出轴之间有夹角时，两轴的角速度不相等，即万向节有不等速性；两轴间的夹角α越大，从动轴速度波动越明显；故α应在35°~45°之间。为了防止主、从动轴角速度不相等；为了完全消除上述万向节中从动轴变速传动的缺点，常成对使用。

C.优点：具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高；

D.缺点：在传动中将产生附加动载荷，转速不宜过高；

E.应用场合：主要用于两轴相交的传动，重载、中载、轻载等中低速的场合，如机床、汽车。

F.双万向节应满足条件：

为了使该机构能获得恒定的传动比，机构要满足如下三个条件：（1）主动轴、从动轴、中间轴的三根轴线应位于同一平面内。

（2）主动轴、从动轴与中间轴的轴间夹角应相等：

（3）中间轴两端的叉面应位于同一平面内。

（二）常用弹性联轴器有弹性套柱销联轴器和弹性柱销联轴器两种。

A.结构：在结构上与凸缘联轴器相似，只是用套有橡胶弹性套的注销代替了联接螺栓；

B.原理：利用弹性套的弹性变形来补偿两轴的相对位移；

C.特点：弹性套柱销连轴器制造容易，装拆方便，成本较低，但弹性套易磨损，寿命较短。

D.适用于：载荷平稳，正反转或启动频繁、转速高的传递中小转矩的两轴联接。

2.弹性柱销联轴器

A.结构：将若干非金属材料制成的柱销，置于两半联轴器凸缘孔中，而实现两半联轴器的连接；柱销材料常用尼龙，其它具有弹性的非金属材料也可。

B.原理：利用弹性柱销的弹性变形来补偿两轴轴向位移；

C.特点：弹性柱销连轴器可允许较大的轴向窜动，但径向位移和偏角位移的补偿量不大。其结构简单，制造容易和维护方便。

D.适用于：轻载的场合

离合器是主、从动部分在同轴线上传递动力和运动时，具有接合或分离功能的装置。

一、离合器的功用和分类

1.功用: 离合器同联轴器一样，主要用于轴和轴之间的联接，使它们一起回转并传递力矩.

2.区别:在机器的运转或停车过程中可随时接合或分离，而且迅速可靠，达到操纵传动系统的断续，以便进行变速及换向等 ；离合器也可用于过载保护等。而联轴器须在机器停止运转后，经拆卸才能分离联接的两轴。

3.应用:机械传动系统的启动、停止、换向及变速等操作。

4.特点：工作可靠，结合和分离迅速平稳，动作准确，调节和维修方便，操纵方便而且省力，结构简单等。

二、离合器的分类

1.离合器按控制方法不同

可分为操纵离合器（必须通过操纵元件才具有接合或分离功能的离合器）和自控离合器（在主动部分或从动部分某些性能参数变化时，接合元件具有自行接合和分离功能的离合器。）

2.按操纵方式不同操纵离合器可分为机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器等四种。

3.自控离合器分为超越离合器、离心离合器和安全离合器等三种。

4.机械离合器（在机械机构的直接作用下具有离合功能的离合器）可分为牙嵌式（离合式）和摩擦式离合器两种。

三、牙嵌式离合器（用爪牙状零件组成的嵌合副的离合器）

1.组成：由两个端面带牙的半离合器所组成；

2.工作原理：两个半离合器Ⅰ固联在主动轴上，半离合器Ⅱ用导键（或花键）与从动轴联接；通过操纵机构使离合器Ⅱ沿导键作轴向运动，两轴靠两个半离合器端面的牙嵌合来联接。

3.特点：优点：牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，接合后所联接的两轴不会发生相对转动；操作方便，能传递较大的转矩。缺点：结合时有冲击。

4.应用：宜用于低速、停车时接合。

四、齿形离合器（用内齿和外齿组成嵌合副的离合器）

1.组成：轴、联接套、内齿轮、外齿轮、转套、小孔、插销、挡板、螺旋槽和螺孔。

2.工作原理：轴上安装有联接套，联接套左端套装有内齿轮，联接套中部与外齿轮连接，联接套右端套装有转套，联接套与转套连接处有小孔，插销头部插入小孔中，联接套右端面安装有挡板。外齿轮的无齿部分有两条对称螺旋槽，转套上有两对称螺孔，插销穿过外齿轮的螺旋槽以螺纹方式与转套连接。联接套与外齿轮的连接方式为花键连接或内外齿轮连接。

3.特点：本装置采用螺旋槽导向使齿轮离合，结构简单，安装和维修方便，易于操作。

4.应用：机床变速箱中

五、摩擦式离合器

1.工作原理：摩擦离合器是靠工作面上的摩擦力矩来传递力矩的。

2.特点：在接合过程中由于接合面的压力是逐渐增加的，故能在主、从动轴有较大的转速差的情况下平稳地进行接合；过载时，摩擦面间将发生打滑，从而避免其它零件的损坏。

机械操纵摩擦离合器

3.种类：按操纵方式分有、机械操纵的摩擦式离合器、电磁操纵的摩擦式离合器、液压操纵的摩擦式离合器和气压操纵的摩擦式离合器等四种。机械操纵的摩擦式离合器还分为单片式离合器和多片离合器两种。

电磁摩擦离合器

4.单片摩擦离合器

单片摩擦离合器

1）工作原理：圆盘2固定在主动轴上，圆盘3用导向平键（或花键）与从动轴连接，并可以在轴上作轴向移动。利用弹簧5可将两圆盘压紧。工作时，依靠两盘间的摩擦力传递转矩和运动。杠杆4用来控制离合器的接合与分离。

2）特点：片式离合器需要较大的轴向力，传递的转矩较小，但在任何转速条件下，两轴均可以分离或接合，且接合平稳，冲击和振动小，过载时两摩擦面之间打滑，起保护作用。为了提高离合器传递转矩的能力，通常采用多片离合器。

5.多片摩擦离合器

多片摩擦离合器

1）原理：外壳通过花键与一组外摩擦片，联接在一起；套筒也通过花键与另一组内摩擦片联接在一起。

2）特点：工作时，向左移动滑环，通过杠杆、压板使两组摩擦片压紧，离合器处于接合状态。若向右移动滑环时，摩擦片被松开，离合器实现分离。

3）外摩擦片特点：外缘上有3个凸齿，与外套筒内孔的3条轴向凹槽相配，其内孔则不与任何零件接触。

4） 内摩擦片特点：内孔壁上有3个凹糟（或凸齿），与内套筒外缘上3 个轴线凸齿（或凹槽）相配，而起外缘孔则不与任何零件接触。内摩擦片有时也支承碟形，其目的是：在承压时被压平而与外摩擦片贴合，松开时由碟形摩擦片弹性变形的作用，可迅速与外摩擦片分离。

5） 应用：可传递大的扭矩，但结构复杂；适用于中、重型汽车等机械。

六、超越离合器

1.工作原理：星轮用平键与轴连接，当空套的外圈顺时针方向慢速回转时，摩擦力使滚柱锲紧在外圈与星轮之间，外圈通过滚柱带动星轮，使轴以同样的转速顺时针方向回转。此时，内圈随着一起回转。当内圈在可逆电动机驱动下快速回转。

无论内圈在朝哪个方向快速回转，都能通过星轮使轴快速回转，从而满足了正、反两方面均能超越的要求。此时滚柱从锲缝中退出，外圈仍维持原来的转速回转。

2.种类：棘轮单向超越离合器和滚珠式定向（双向）离合器

3.特点：优点是工作时没有噪声,宜于高速转动,但制造精度要求高。

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