§ 18-1 联轴器
§ 18-2 联轴器第 18章 联轴器、离合器联轴器、离合器 的类型和应用工作特点,联轴器用于刚性静态联接；而离合器则用于 两轴之间的动态联接。
分类：
弹性联轴器刚性联轴器固定式联轴器移动式联轴器作用,主要用于 将两根轴联接在一起，使它们一起旋转，并传递扭矩。
联轴器牙嵌式离合器离合器 摩擦式离合器电磁离合器自动离合器应用实例,手腕驱动机构,汽车后桥驱动、车辆启停等。
联轴器、离合器 大都已经标准化了，可直接选用。
工作条件 =>选类型转矩转速轴径
=>确定型号与规格计算转矩,Tc=KAT KA为工作情况系数；
T为名义转矩；
表 18-1 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
§ 18-1 联轴器一、固定式刚性联轴器结构,半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起。
普通凸缘 联轴器绞制孔螺栓型式,有对中榫的凸缘联轴器普通凸缘联轴器 ---靠铰制孔螺栓对中。 ---靠榫头对中。
普通螺栓 对中榫制造与安装要求,半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直，
安装时应使两轴精确对中。
90?
材料,一般用铸铁、当重载或 V≥30 m/s 时，用铸钢或锻钢 。
特点,结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振 。
应用,用于载荷较平稳的两轴联接 。
y
x
α
两轴线的相对位移,
轴向、径向、角度、综合。
二,可移动刚性联轴器由于制造、安装或工作时零件的变形等原因，被联接的两轴不一定度能精确对中，因此会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和角位移，或其组合。
联接特点,构成动联接，具有一个或几个方向的活动度。
能补偿两轴的相对位移。
α
x
y
轴向如果联轴器没有适应这种相对位移的能力就会在联轴器、轴和轴承中引起附加载荷，甚至引起强烈振动。
1、齿式联轴器结构,两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数相同，外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。
功用,能补偿轴不对中和偏斜。
工作范围,正常齿,α ≤ 30’
腰鼓齿,α ≤ 3?
α
优点,传递扭矩大、能补偿综合位移。
缺点,结构笨重、造价高。
应用,用于重型传动。
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。
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
α
y
三,万向联轴器作用,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。 共轴,有夹角应用,广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。
α
单万向联轴器
vA1 = rω1
结构特点,两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，
运动分析：
α
α
两轴平均传动比为 1，但瞬时传动比是动态变化的。
在图示位置 I,以轴 1为参考系，对 A点有,
以轴 2为参考系，对 A点有,
vA2 = r’ω’2
A
ω '2
A
α
ω 1
B
r
r’
= r cosα ω’ 2
显然有,vA1 = vA2
α =0~45?
轴间角为,
r”
其它位置：
代入得：
α
α
ω 1
B
B
A
ω "2在图示位置 II,以轴 2为参考系，对 B点有,
vB2 = rω”2
以轴 1为参考系，对 B点有,
vB1 = r”ω1 = ω1 r cosα
同样有,vB1 = vB2
r
代入得,ω’’2=ω1 cosα
ω’2 〉 ω1
=>ω”2 <ω1
ω1
cosαω 1cos α ≤ ω 2 ≤
ω1 =cosα ω’2
2.双万向铰链机构将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。
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。
αα
C
2 α
α 1
21
C
为了消除从动轴变速转动的缺点，常
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
A
A--A
α
α αα
1、弹性套柱销联轴器四,弹性联轴器结构特点,外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器。
预留安装空间以便与更换橡胶套
A预留间隙以补偿轴向位移。
c
圆柱孔圆锥孔
2、弹性柱销联轴器结构,用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。
尼龙销挡板
c c销与挡板之间留有间隙结构简单、更换柱销方便。
特点,上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。
应用,适用于正反向变化多，启动频繁的高速轴。
适用范围,-12?≤ t≤6 0?，
v≤8000 r/min
能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移。
两种柱销
3、轮胎式弹性联轴器结构,中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联轴器联接。
特点,结构简单、易于变形。允许较大的综合 hdv x位移。
应用,适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、有较大轴向位移、潮湿多尘的场合。
适用范围：
5?≤ α ≤12?,x≤0.02D
y≤0.01D,n≤5000 r/min
轮胎环
D
止退垫板
§ 18-2 离合器一、牙嵌式离合器结构,由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。
固定套筒 活动套筒滑环对中环工作原理：
利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。
牙型
30?~40?
2?~8?
2?~8?
60?
三角形梯 形锯齿形
----传递中小转矩、牙数为 16~60
----传递较大转矩、牙数为 3~15
梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。
锯齿形只能单向工作。 反转时具有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。
制造要求,各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。
特点,结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。
材料：
低碳合金钢,20Cr,20MnB。
渗碳淬火后牙面 硬度,56~62 HRC;
中碳合金钢,40Cr,45MnB。
表面淬火后牙面 硬度,48~58 HRC;
承载能力,取决于齿根的弯曲强度,
hKAT
zWD0σ b= ≤ [σ b]
2KAT
zD0ahp = ≤ [p ]
W-齿根弯曲截面系数； D0-牙平均直径； a-牙的宽度。
D0
a
h式中,h为牙齿高度； z为牙齿数；
二,摩擦离合器
1 2
3
1、单片式圆盘 摩擦离合器摩擦扭矩,Tmax=Fa f Rf
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。
缺点,结合过程中不可避免出现打滑，
引起磨损和发热；
2.过载时打滑，起保护作用；
3.结合平稳、冲击和振动小。
优点：
1.在任何转速条件下两轴都可以进行结合；
Fa
2
3Rf
主动摩擦片杠杆 滑环工作原理,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。
调整螺母被动摩擦片
2、多片式圆盘 摩擦离合器结构特点：
多个摩擦片叠加在一起；
摩擦片材料,淬火钢片、压制石棉片。
摩擦片数量 z↑ → 传递扭矩 T ↑
但 z过大将使各层间压力不均匀，一般取,z=12~15
摩擦扭矩,Tmax= z Fa f Rf z Fa f (D1 +D2)= 4 ≥ KA T
4 Fap =
π(D1 +D2)表面压强,≤[ p]
D1 D2
有润滑剂 无润滑剂 [p]/ MPa
表 18-2 常用摩擦片材料的 f 和 [p]
摩擦片材料 f 圆盘摩擦离合器铸铁 — 铸铁或钢 0.05~0.06 0.15~ 0.2 0.25~0.30
淬火钢 — 淬火钢 0.05~0.06 0.18 0.6~0.8
青铜 — 钢或铸铁 0.08 0.17~ 0.18 0.4~0.5
压制石棉 — 钢或铸铁 0.12 0.3~ 0.5 0.20~0.30
对于频繁启动的离合器，可将表中 [p]降低 15~30%。
类型
→ 反应敏捷，但摩擦片易磨损。
油式磨擦离合器干式磨擦离合器
→ 磨损轻微、寿命长、并能在繁重的条件下运转。
离合器的操纵方式机械力电磁力气动力液压力
8~10?
3、圆锥式 摩擦离合器结构,锥台表面为摩擦接触面。
优点,由于采用了槽面摩擦原理，
因此只需要很小的操纵力即能使离合器传递较大的转矩。
缺点：
径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。
三,磁粉离合器结构,由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。
工作原理,通电后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传递转矩。
输出磁粉性能要求：
导磁率高、剩磁小、流动性好、耐磨、耐热、
不烧结性。
输入磁粉材料：
铁钴镍、铁钴钒等合金粉，加入少量二硫化钼。
形状为球形或椭球形，颗粒直径为,20~70 μm。
优点：
1） 励磁电流 I 与转矩 T呈线性关系、转矩调节简单而且精确，调节范围宽。
2) 可用作恒张力控制，是造纸机、纺织机、印刷机、
绕线机等的理想装置。
3) 若将主动件固定，则可作制动器使用。
缺点,相对而言比较笨重。
4) 操纵方便、离合平稳、工作可靠。
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。
结构,由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。
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。
1、滚柱式定向离合器四,定向离合器滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。
结构,由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。
2、楔块式定向离合器优点,楔块曲率半径大，装入数量多，相同尺寸时传递的转矩更大。
缺点,高速运转时有较大磨损，寿命较短。
工作原理：
内外环工作面都为圆形，整圈拉簧压着楔块始终与内环接触，并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆。当外环顺时钟方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时钟方向摆动，从而在内外环间越楔越紧，离合器处于结合状态。反向时斜块松开而成分离状态。
§ 18-2 联轴器第 18章 联轴器、离合器联轴器、离合器 的类型和应用工作特点,联轴器用于刚性静态联接；而离合器则用于 两轴之间的动态联接。
分类：
弹性联轴器刚性联轴器固定式联轴器移动式联轴器作用,主要用于 将两根轴联接在一起，使它们一起旋转，并传递扭矩。
联轴器牙嵌式离合器离合器 摩擦式离合器电磁离合器自动离合器应用实例,手腕驱动机构,汽车后桥驱动、车辆启停等。
联轴器、离合器 大都已经标准化了，可直接选用。
工作条件 =>选类型转矩转速轴径
=>确定型号与规格计算转矩,Tc=KAT KA为工作情况系数；
T为名义转矩；
表 18-1 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
§ 18-1 联轴器一、固定式刚性联轴器结构,半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起。
普通凸缘 联轴器绞制孔螺栓型式,有对中榫的凸缘联轴器普通凸缘联轴器 ---靠铰制孔螺栓对中。 ---靠榫头对中。
普通螺栓 对中榫制造与安装要求,半联轴器的凸缘端面应与轴线垂直，
安装时应使两轴精确对中。
90?
材料,一般用铸铁、当重载或 V≥30 m/s 时，用铸钢或锻钢 。
特点,结构简单、使用方便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振 。
应用,用于载荷较平稳的两轴联接 。
y
x
α
两轴线的相对位移,
轴向、径向、角度、综合。
二,可移动刚性联轴器由于制造、安装或工作时零件的变形等原因，被联接的两轴不一定度能精确对中，因此会出现两轴之间的轴向位移、径向位移和角位移，或其组合。
联接特点,构成动联接，具有一个或几个方向的活动度。
能补偿两轴的相对位移。
α
x
y
轴向如果联轴器没有适应这种相对位移的能力就会在联轴器、轴和轴承中引起附加载荷，甚至引起强烈振动。
1、齿式联轴器结构,两个有内齿的外壳，两个有外齿的套筒，两者齿数相同，外齿做成球形齿顶的腰鼓齿。套筒与轴用键联接，两外壳用螺栓联接。两端密封，空腔内储存润滑油。
功用,能补偿轴不对中和偏斜。
工作范围,正常齿,α ≤ 30’
腰鼓齿,α ≤ 3?
α
优点,传递扭矩大、能补偿综合位移。
缺点,结构笨重、造价高。
应用,用于重型传动。
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。
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
α
y
三,万向联轴器作用,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。 共轴,有夹角应用,广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。
α
单万向联轴器
vA1 = rω1
结构特点,两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，
运动分析：
α
α
两轴平均传动比为 1，但瞬时传动比是动态变化的。
在图示位置 I,以轴 1为参考系，对 A点有,
以轴 2为参考系，对 A点有,
vA2 = r’ω’2
A
ω '2
A
α
ω 1
B
r
r’
= r cosα ω’ 2
显然有,vA1 = vA2
α =0~45?
轴间角为,
r”
其它位置：
代入得：
α
α
ω 1
B
B
A
ω "2在图示位置 II,以轴 2为参考系，对 B点有,
vB2 = rω”2
以轴 1为参考系，对 B点有,
vB1 = r”ω1 = ω1 r cosα
同样有,vB1 = vB2
r
代入得,ω’’2=ω1 cosα
ω’2 〉 ω1
=>ω”2 <ω1
ω1
cosαω 1cos α ≤ ω 2 ≤
ω1 =cosα ω’2
2.双万向铰链机构将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。
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。
αα
C
2 α
α 1
21
C
为了消除从动轴变速转动的缺点，常
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
A
A--A
α
α αα
1、弹性套柱销联轴器四,弹性联轴器结构特点,外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器。
预留安装空间以便与更换橡胶套
A预留间隙以补偿轴向位移。
c
圆柱孔圆锥孔
2、弹性柱销联轴器结构,用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。
尼龙销挡板
c c销与挡板之间留有间隙结构简单、更换柱销方便。
特点,上述两种联轴器的动力通过弹性元件传递，缓和冲击、吸收振动。
应用,适用于正反向变化多，启动频繁的高速轴。
适用范围,-12?≤ t≤6 0?，
v≤8000 r/min
能补偿较大的轴向位移，并允许微量的径向位移和角位移。
两种柱销
3、轮胎式弹性联轴器结构,中间为橡胶制成的轮胎环，用止退垫板与半联轴器联接。
特点,结构简单、易于变形。允许较大的综合 hdv x位移。
应用,适用于启动频繁、正反向运转、有冲击振动、有较大轴向位移、潮湿多尘的场合。
适用范围：
5?≤ α ≤12?,x≤0.02D
y≤0.01D,n≤5000 r/min
轮胎环
D
止退垫板
§ 18-2 离合器一、牙嵌式离合器结构,由端面带牙的固定套筒、活动套筒、对中环组成。
固定套筒 活动套筒滑环对中环工作原理：
利用操纵杆移动滑环，实现两套筒的结合与分离。
牙型
30?~40?
2?~8?
2?~8?
60?
三角形梯 形锯齿形
----传递中小转矩、牙数为 16~60
----传递较大转矩、牙数为 3~15
梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙。
锯齿形只能单向工作。 反转时具有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分离。
制造要求,各牙应精确等分，以使载荷均匀分布。
特点,结构简单、外廓尺寸小、能传递较大的转矩。
材料：
低碳合金钢,20Cr,20MnB。
渗碳淬火后牙面 硬度,56~62 HRC;
中碳合金钢,40Cr,45MnB。
表面淬火后牙面 硬度,48~58 HRC;
承载能力,取决于齿根的弯曲强度,
hKAT
zWD0σ b= ≤ [σ b]
2KAT
zD0ahp = ≤ [p ]
W-齿根弯曲截面系数； D0-牙平均直径； a-牙的宽度。
D0
a
h式中,h为牙齿高度； z为牙齿数；
二,摩擦离合器
1 2
3
1、单片式圆盘 摩擦离合器摩擦扭矩,Tmax=Fa f Rf
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。
缺点,结合过程中不可避免出现打滑，
引起磨损和发热；
2.过载时打滑，起保护作用；
3.结合平稳、冲击和振动小。
优点：
1.在任何转速条件下两轴都可以进行结合；
Fa
2
3Rf
主动摩擦片杠杆 滑环工作原理,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。
调整螺母被动摩擦片
2、多片式圆盘 摩擦离合器结构特点：
多个摩擦片叠加在一起；
摩擦片材料,淬火钢片、压制石棉片。
摩擦片数量 z↑ → 传递扭矩 T ↑
但 z过大将使各层间压力不均匀，一般取,z=12~15
摩擦扭矩,Tmax= z Fa f Rf z Fa f (D1 +D2)= 4 ≥ KA T
4 Fap =
π(D1 +D2)表面压强,≤[ p]
D1 D2
有润滑剂 无润滑剂 [p]/ MPa
表 18-2 常用摩擦片材料的 f 和 [p]
摩擦片材料 f 圆盘摩擦离合器铸铁 — 铸铁或钢 0.05~0.06 0.15~ 0.2 0.25~0.30
淬火钢 — 淬火钢 0.05~0.06 0.18 0.6~0.8
青铜 — 钢或铸铁 0.08 0.17~ 0.18 0.4~0.5
压制石棉 — 钢或铸铁 0.12 0.3~ 0.5 0.20~0.30
对于频繁启动的离合器，可将表中 [p]降低 15~30%。
类型
→ 反应敏捷，但摩擦片易磨损。
油式磨擦离合器干式磨擦离合器
→ 磨损轻微、寿命长、并能在繁重的条件下运转。
离合器的操纵方式机械力电磁力气动力液压力
8~10?
3、圆锥式 摩擦离合器结构,锥台表面为摩擦接触面。
优点,由于采用了槽面摩擦原理，
因此只需要很小的操纵力即能使离合器传递较大的转矩。
缺点：
径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。
三,磁粉离合器结构,由转子轴、左右轮辐、励磁线圈、磁粉等组成。
工作原理,通电后磁粉被磁化，彼此相互吸引聚集，依靠磁粉的结合力以及磁粉与两工作面之间的摩擦力拉传递转矩。
输出磁粉性能要求：
导磁率高、剩磁小、流动性好、耐磨、耐热、
不烧结性。
输入磁粉材料：
铁钴镍、铁钴钒等合金粉，加入少量二硫化钼。
形状为球形或椭球形，颗粒直径为,20~70 μm。
优点：
1） 励磁电流 I 与转矩 T呈线性关系、转矩调节简单而且精确，调节范围宽。
2) 可用作恒张力控制，是造纸机、纺织机、印刷机、
绕线机等的理想装置。
3) 若将主动件固定，则可作制动器使用。
缺点,相对而言比较笨重。
4) 操纵方便、离合平稳、工作可靠。
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。
结构,由星轮、外环、滚柱、弹簧推杆等零件组成。
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。
1、滚柱式定向离合器四,定向离合器滚柱在弹簧推杆作用下处于半楔紧状态。
结构,由内环、外环、楔块、支撑环、拉簧等零件组成。
2、楔块式定向离合器优点,楔块曲率半径大，装入数量多，相同尺寸时传递的转矩更大。
缺点,高速运转时有较大磨损，寿命较短。
工作原理：
内外环工作面都为圆形，整圈拉簧压着楔块始终与内环接触，并力图使楔块绕自身作逆时钟方向偏摆。当外环顺时钟方向旋转时，楔块克服弹簧力而作顺时钟方向摆动，从而在内外环间越楔越紧，离合器处于结合状态。反向时斜块松开而成分离状态。
