1、Fundamentals of Machine Design高等院校现代机械设计系列教材高等院校现代机械设计系列教材（第十三章）（第十三章）.一、基本内容及学习要求一、基本内容及学习要求二、学习指导二、学习指导三、典型实例分析三、典型实例分析四、复习题四、复习题五五 、复习题参考答案、复习题参考答案第十三章联轴器、离合器和制动器第十三章联轴器、离合器和制动器回目录.1基本内容基本内容（1）联轴器的组成与分类；几种常用联轴器）联轴器的组成与分类；几种常用联轴器的结构、的结构、工作原理、特点以及选择和计算方法。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）离合器的组成
2、与分类；几种常用离合器的结构、的结构、工作原理、特点及其选择。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）制动器的组成与分类；几种常用制动器的工作原的工作原理。理。一、基本内容及学习要求一、基本内容及学习要求.2学习要求学习要求 （1）了解联轴器、离合器和制动器的功用。）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，）掌握联轴器连接两轴间位置的补偿原理，联轴器联轴器 与离合器在功能上的异同点。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）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类
3、型、结构特点、工作原理、性能和选择及计算方法。法。一、基本内容及学习要求一、基本内容及学习要求.3.重点重点几种常用联轴器、离合器和制动器的种类、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。工作原理、结构、特点。4.难点难点各种联轴器、离合器的选用。各种联轴器、离合器的选用。一、基本内容及学习要求一、基本内容及学习要求.二、学习指导二、学习指导 联轴器、离合器和制动器的功用联轴器、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递运动和转矩的部件。两者
4、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。止状态的部件。.二、学习指导二、学习指导 联轴器联轴器 联轴器的类型联轴器的类型 联轴器分为刚性联轴器联轴器分为刚性联轴器(图图13-1)13-1)和弹性联轴器和弹性联轴器(图图13-2)13-2)。刚性联轴器又分为固定式和可移式两
5、种型式。固。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。间的偏移。.二、学习指导二、学习指导图图13-113-1图图13-213-2.二、学习指导二、学习指导 联轴器的选择联轴器的选择 通常对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性大的短通常对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性大的短轴可选用刚性固定式联轴
6、器；对于载荷平稳、转速低且稳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。的轴应选用有弹性元件挠性联轴器。.二、学习指导二、学习指导 选择步骤：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
7、联轴器的性能选择合适的类型。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。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。.二、学习指导二、学习指导 离合器离合器 离合器的类型离合器的类型 离合器分为操纵离合器和自动离合器两大类。每一类根据离合器分为操
8、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。用牙的嵌合和工作表面的摩擦来传递转矩的。离合器的选择离合器的选择 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
9、矩、转速及转向条件下能圆盘摩擦式离合器；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。安全保障作用。.二、学习指导二、学习指导 3.制动器制动器 制动器的工作原理、组成和类型制动器的工作原理、组成和类型 制动器的工作原理。制动器多为摩擦制动器，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
10、轴上，这样所需制动力矩和制动器尺寸均中转速较高的轴上，这样所需制动力矩和制动器尺寸均可较小。可较小。.二、学习指导二、学习指导 制动器的组成。制动器主要由制动架、摩擦元件和驱制动器的组成。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。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。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以实现制动（
11、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。闸。另外，许多制动器摩擦元件的间隙还装有自动调整装置。制动器的类型。摩擦制动器按摩擦元件的结构型式分制动器的类型。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。为带式制动器、闸瓦式制动器和盘式制动器三类。.三、典型实例分析三、典型实例分析 例例13-1一碎石机轴与齿轮减速器输出轴相连接。一碎石机轴与齿轮减速器输出轴相连接。已知工作转矩已知工作转矩T=2.5kNm，减速器输出轴轴径减速器输出轴轴径d1=90mm；碎石机轴径碎石机轴径d2=100mm，转速转速n=800rmi
12、n，试确定联轴试确定联轴器的型号，并写出其标记。器的型号，并写出其标记。.三、典型实例分析三、典型实例分析 解：解：类型选择类型选择 因用于低速轴，传递转矩较大，为使结构紧凑，选用因用于低速轴，传递转矩较大，为使结构紧凑，选用齿式联轴器。齿式联轴器。求计算转矩求计算转矩Tc 根据原动机为电动机，工作机为碎石机查得：工作情根据原动机为电动机，工作机为碎石机查得：工作情况系数况系数K=2.3，求得计算转矩为求得计算转矩为Tc=KT=（2.32.5）kNm=5.75kNm.三、典型实例分析三、典型实例分析 型号选择型号选择 从机械设计手册（从机械设计手册（ZB/T190131989）查得：查得：GC
13、L7型鼓形齿式联轴器的许用转矩为型鼓形齿式联轴器的许用转矩为6300Nm，许用最大转速为许用最大转速为3750r/min，轴径范围为轴径范围为50105mm，故合用。，故合用。减速器轴端半联轴器用减速器轴端半联轴器用Y型轴孔，轴孔直径型轴孔，轴孔直径 d1=90mm，轴孔长度轴孔长度L1=172mm；碎石机轴端半联轴器用碎石机轴端半联轴器用J1型轴孔，轴型轴孔，轴孔直径孔直径d2=100mm，轴孔长度轴孔长度L2=167mm。所以联轴器的标记所以联轴器的标记为为 GCL7 联轴器8910913 167100172901JZBJY.三、典型实例分析三、典型实例分析 常用联轴器的特点和使用条件常用
14、联轴器的特点和使用条件类别类别型式型式特点特点使用条件使用条件联轴器联轴器刚性固定式刚性固定式 套筒联轴器套筒联轴器结构较简单，径结构较简单，径向尺寸小，但装拆向尺寸小，但装拆不方便不方便用于两轴直径较小，用于两轴直径较小，同心度高、工作平稳同心度高、工作平稳的连接的连接凸缘联轴器凸缘联轴器结构简单，成本结构简单，成本低，能传递较大的低，能传递较大的转矩转矩对中精度较高，载对中精度较高，载荷平稳的连接荷平稳的连接.三、典型实例分析三、典型实例分析 常用联轴器的特点和使用条件常用联轴器的特点和使用条件类别类别型式型式特点特点使用条件使用条件联轴器联轴器刚性可移式刚性可移式 十字滑块联轴十字滑块联
15、轴器器径向尺寸小，寿命径向尺寸小，寿命较长，但制造复杂，较长，但制造复杂，需要润滑需要润滑用于低速传动，两轴同用于低速传动，两轴同轴度误差较大的情况轴度误差较大的情况齿式联轴器齿式联轴器承载能力大，工作承载能力大，工作可靠，但制造成本高可靠，但制造成本高可在高温重载条件下工可在高温重载条件下工作，常用在起动频繁，正作，常用在起动频繁，正反转变化较多的场合反转变化较多的场合万向联轴器万向联轴器径向尺寸小，结构径向尺寸小，结构紧凑，维护方便，单紧凑，维护方便，单个使用有附加动载荷，个使用有附加动载荷，所以常成对使用所以常成对使用用于两轴夹角大、或两用于两轴夹角大、或两轴平行但连接距离大的场轴平行但
16、连接距离大的场合合.三、典型实例分析三、典型实例分析 常用联轴器的特点和使用条件常用联轴器的特点和使用条件类别类别型式型式特点特点使用条件使用条件弹性联轴器弹性联轴器弹性套柱销弹性套柱销联轴器联轴器 弹性较好，装拆方弹性较好，装拆方便，成本低，但弹性便，成本低，但弹性套易损坏，寿命短，套易损坏，寿命短，要限制使用温度要限制使用温度 用于连接载荷平用于连接载荷平稳，需正反转，起稳，需正反转，起动频繁，高速轻载动频繁，高速轻载的场合的场合弹性柱销联弹性柱销联轴器轴器 结构简单，制造容结构简单，制造容易，维护方便，寿命易，维护方便，寿命长，但要限制使用温长，但要限制使用温度度 用于正反转变化用于正反
17、转变化较多，起动频繁的较多，起动频繁的高、低速传动高、低速传动.1.问答题问答题 联轴器和离合器的功用是什么？两者的功用有何异同？联轴器和离合器的功用是什么？两者的功用有何异同？刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器有何区别？各适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？合于什么工作条件？刚性可移式联轴器和弹性联轴器有何区别？各适合于什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？么工作条件？刚性凸缘式联轴器有哪几种对中方法？各有什么特点？刚性凸缘式联轴器有哪几种对中方法？各有什么特点？单万向联轴器的主要缺点是什么？双万向联轴器正确安单万向联轴器的主要缺点是什
18、么？双万向联轴器正确安装的条件是什么？装的条件是什么？怎样计算联轴器的计算转矩？工作情况系数怎样计算联轴器的计算转矩？工作情况系数K与哪些因与哪些因素有关？素有关？四、复习题四、复习题.在下列工况下，选择哪类联轴器较好？试举出一种联在下列工况下，选择哪类联轴器较好？试举出一种联轴器的名称。轴器的名称。载荷平稳、冲击轻微，两轴易于准确对中，同时希望载荷平稳、冲击轻微，两轴易于准确对中，同时希望寿命较长；寿命较长；载荷比较平稳、冲击不大，但两轴轴线具有一定程度载荷比较平稳、冲击不大，但两轴轴线具有一定程度的相对偏移；的相对偏移；载荷不平稳，且具有较大冲击和振动。载荷不平稳，且具有较大冲击和振动。牙
19、嵌离合器常用的牙形有几种？各有什么特点？牙嵌离合器常用的牙形有几种？各有什么特点？为什么要限制圆盘摩擦离合器接合面的数目？为什么要限制圆盘摩擦离合器接合面的数目？制动器常用在哪些场合？它们的工作原理是什么？制动器常用在哪些场合？它们的工作原理是什么？制动器通常是安装在机器的高速轴上还是低速轴上？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？为什么？四、复习题四、复习题.2.选择题选择题（1）联轴器与离合器的主要作用是）联轴器与离合器的主要作用是_。(A)缓和冲击和振动；缓和冲击和振动；(B)补偿两轴间的偏移；补偿两轴间的偏移；(C)联接两轴并传递运动和转矩；联接两轴并传递运动和转矩；(
20、D)防止机器发生过载。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）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；弹性联轴器内装有弹性件，而刚性联轴器没有；(B)弹性联轴器能补偿两轴间的偏移，而刚性联轴器不能；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；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。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）弹性联轴器不适用于_工作场合。工作场合。(A)两轴线有相对偏移
21、；两轴线有相对偏移；(B)传递较大转矩；传递较大转矩；(C)两轴线倾斜一角度；两轴线倾斜一角度；(D)工作中有冲击、振动及起动频繁工作中有冲击、振动及起动频繁 四、复习题四、复习题.（4）安装凸缘联轴器时，对两轴的要求是）安装凸缘联轴器时，对两轴的要求是_。(A)两轴严格对中；两轴严格对中；(B)两轴可有径向偏移；两轴可有径向偏移；(C)两轴可相对倾斜一角度；两轴可相对倾斜一角度；(D)两轴可有综合位移。两轴可有综合位移。（5）齿式联轴器的特点是）齿式联轴器的特点是_。(A)可补偿两轴的综合位移；可补偿两轴的综合位移；(B)可补偿两轴的径向偏移；可补偿两轴的径向偏移；(C)可补偿两轴的角偏移；
22、可补偿两轴的角偏移；(D)有齿顶间隙，能吸收振动有齿顶间隙，能吸收振动（6）下列）下列_不是弹性套柱销联轴器的特点。不是弹性套柱销联轴器的特点。(A)结构简单，装拆方便；结构简单，装拆方便；(B)价格低廉；价格低廉；(C)能吸收振动和补偿两轴的综合位移。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。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）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；结构庞大，维护困难；(B)零件易损坏，使用寿命短；零件易损坏，使用寿命短；(C)只能传递小转矩；只能传递小转矩；(D)主动轴作
23、等速运动，但从动轴作周期性的变速运动。主动轴作等速运动，但从动轴作周期性的变速运动。四、复习题四、复习题.（8）桥式起重机两传动轴用齿式联轴器）桥式起重机两传动轴用齿式联轴器CL2相联，两轴直径相等，相联，两轴直径相等，轴的转速轴的转速n=70r/min，如该联轴器许用最大转矩为，如该联轴器许用最大转矩为1400Nm，取工，取工作情况系数作情况系数K=1.5，试求联轴器能传递的最大功率，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）牙嵌离合器只能在_接合。接合。
24、(A)单向转动时；单向转动时；（B）高速转动时；）高速转动时；(C)正反转工作时；正反转工作时；（D）两轴转速差很小或停车时。）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）某机器的两轴，要求在任何转速下都能接合，应选择_离合器。离合器。(A)摩擦；摩擦；（B）牙嵌；）牙嵌；(C)安全；安全；（D）超越。）超越。四、复习题四、复习题.四、复习题四、复习题 （11）牙嵌离合器的常用牙型有矩形、梯形、锯齿形三种，在）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
25、高，离合较容易且磨损能补偿；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；梯形牙与齿接触面间有轴向分力；(C)接合后没有相对滑动；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。梯形牙便于接合，强度最高，能传递的转矩最大。（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，）设计多片圆盘摩擦离合器时，摩擦片的数目不宜取得过多，这主要是为了避免这主要是为了避免_。(A)离合器分离动作不灵活；离合器分离动作不灵活；（B）各片受力不均匀；）各片受力不均匀；(C)轴向尺寸过大；轴向尺寸过大；（D）不易散热。）不易散热。.3.计算题计算题 一直
26、流发电机的转速一直流发电机的转速n=3000r/min，最大功率，最大功率P=20kW，外伸轴直径，外伸轴直径 d=45mm，试选择联轴器型号，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只要求与发电机轴联接的半联轴器满足直径要求)。电动机与离心泵之间用联轴器相联。已知电动电动机与离心泵之间用联轴器相联。已知电动机功率机功率P=22kW,转速转速n=970r/min,电动机外伸轴的直径电动机外伸轴的直径d=55mm，水泵外伸轴的直径，水泵外伸轴的直径 d=50mm试选择联轴器试选择联轴器型号，并写出其标记。型号，并写出其标记。四、复习题四、复习题.一带式制动器一带式制动器(图图13-3)，其鼓轮直径，其鼓轮直径D=50mm，杠杆，杠杆尺寸尺寸a=c=50mm，b=300mm，闸带与鼓轮间摩擦因数，闸带与鼓轮间摩擦因数f=0.2，包，包角角=270。若制动力矩。若制动力矩T=50Nm，试求加在杠杆顶端的作用力，试求加在杠杆顶端的作用力F。四、复习题四、复习题图图13-3.2 C A B A A D D B D A A A五、复习题参考答案五、复习题参考答案.
