学习情境联轴器合器.docx
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学习情境联轴器合器
学习情境联轴器合器
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学习情境13联轴器和离合器
主讲教师
吴明清
指导教师
授课日期
授课班级
12
学习情境
任务15设计带式输送机中的联轴器
学时
2
能力目标
1、掌握联轴器的选择与校核
2、培养查阅工程手册、标准、以及工具书的能力
训练项目
设计选用带式输送机中的联轴器
知识点
联轴器及应用，离合器及应用，联轴器的选择
教学重点与难点
联轴器的选择与校核
教学方法
任务驱动教学与典型案例讲解相结合
教学准备
课件，黑板，多媒体设备等。
检测与评价
职业能力（占70%）、职业素质（30%）；评价成绩采用百分制。
教案设计
工作过程
工作内容
课前组织
（5min）
1．清点学生人数；
2．检查授课环境；
3．链接多媒体课件。
任务导入
（5min）
联轴器和离合器用来联接不同部件之间的两根轴或轴与其他回转零件，使之一起回转并传递转矩。
用联轴器联接的两轴在工作时不能分开，只有停车后通过拆卸才能将它们分开；而用离合器联接的两轴，在机械运转时，能方便地将两轴分开和接合。
此外，它们有的还可起到过载安全保护作用。
联轴器、离合器是机械传动中的通用部件，而且大部分已标准化。
本任务主要介绍几种常用联轴器和离合器的结构、特点、应用范围及选择问题。
用视频演示X57-3铣床的电机轴与机动进给轴的万向联轴器
的工作原理看到联轴器的运用。
给学生看带式输送机的工作原理图。
用多媒体课件展示各种联轴器实物，引入联轴器的功用和类型。
提出学习任务：
设计带式输送机中的联轴器。
某已知电动机输出功率=10KW，转速=960r/min，输出轴直径为42mm，输出轴长112mm，用半圆头普通平键与联轴器相联接；减速器输入轴直径45mm，长112mm，用圆头普通平键与联轴器联接。
试选择该处的联轴器。
任务要求：
1．分析联轴器的功用和类型
2．搞清带式输送机中联轴器的类型；
3．分析选择联轴器的依据；
4．设计选择的联轴器型号；
资讯
（25min）
2.1联轴器及应用
联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形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与偏斜，如图13-2所示，如果这些偏斜得不到补偿，将会在轴、轴承及联轴器上引起附加的动载荷，甚至发生振动。
根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。
2.1.1刚性联轴器及应用
刚性联轴器是一种比较简单的联轴器，常用的有套筒式联轴器和凸缘式联轴器两种。
（1）套筒式联轴器及应用
如图13-3所示，套筒联轴器用键、圆锥销或螺钉将圆柱形套筒和两根轴相联接起来并传递扭矩。
套筒式联轴器结构简单，制造容易，径向尺寸小；但传递转矩较小，不能缓冲和吸振，且两轴线要求严格对中，装拆时需作轴向移动，适用于工作平稳，无冲击载荷的低速，轻载的轴。
（a）键连接（b）销连接
图13-3套筒联轴器
（a）（b）
图13-4凸缘联轴器
（2）凸缘联轴器及应用
凸缘联轴器是应用较为广泛的一种刚性联轴器。
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，以传递运动和转矩。
如图13-4所示，凸缘式联轴器有两种对中方法：
一种是用一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴上的凹槽相配合而对中，如图13-4（a）所示，采用普通螺栓联接，螺栓与孔壁间存在间隙，转矩靠半联轴器结合面间的磨檫力矩来传递，装拆时，轴必须作轴向移动；另一种则是用绞制孔螺栓对中，如图13-4（b）所示，采用绞制孔联接，螺栓与孔同为过盈配合，靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递转矩，装拆时轴无须作轴向移动。
凸缘式联轴器的结构简单，使用维修方便，对中精度高，传递转矩大；但对所联两轴间的偏移缺乏补偿能力，制造和安装精度要求较高，故凸缘式联轴器适用与速度较低、载荷平稳、两轴对中性较好的情况。
2.1.2挠性联轴器及应用
挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两种。
1）无弹性元件挠性联轴器及应用
这类联轴器因无弹性元件，故不能缓冲减振。
常用的有：
十字滑块联轴器、齿式联轴器和万向联轴器等。
（1）十字滑块联轴器及应用
如图13-5所示，十字滑块联轴器是由两个在端面上开有凹槽的半联轴器1、3和一个两面带有凸牙的中间盘2组成。
两个半联轴器1、3分别固定在主动轴和从动轴上，中间盘两面的凸牙位于相互垂直的两个直径方向上，并在安装时分别嵌入1、3的凹槽中，将两轴联为一体。
因为凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的偏移。
十字滑块联轴器结构简单，径向尺寸小，但中间圆盘的偏心将会引起很大的离心力，从而增大动载荷及磨损，故只用于最高转速
，载荷平稳的场合。
如将中间圆盘制成空心的，可减轻其质量，从而减小上述不利影响。
图13-5十字滑块联轴器
（2）齿式联轴器及应用
如图13-6所示，齿式联轴器是由两个带有内齿及凸缘的外套筒2、3和两个带有外齿的内套筒1、4所组成。
两个内套筒1、4分别用键与两轴联接，两个外套筒2、3用螺栓联成一体，依靠内外齿相啮合以传递转矩。
由于外齿的齿顶制成椭球面，且保持与内齿啮合后具有适当的顶隙和侧隙，故在转动时，套筒1可有轴向、径向及角位移。
（a）（b）（c）
图13-6齿式联轴器
齿式联轴器中，内外齿环的齿数、模数都相等，齿数一般为30～80个齿，齿廓齿形压力角为20°的渐开线。
齿环材料通常为45钢或ZG310-570，轮齿齿面一般需淬火，当齿环分度圆的圆周速度v＜5m/s时，轮齿可调质处理。
齿式联轴器承载能力大，外廓尺寸较紧凑，可靠性高，安装精度要求不高，具有补偿综合位移的能力，且补偿量较大。
但结构复杂，制造成本高，不适用于立轴，通常在高速重载的重型机械中使用。
（3）万向联轴器及应用
如图13-7所示，万向联轴器是由两个叉形接头和一个十子销组成。
十子销分别与固定在两根轴上的叉形接头用铰链联接，从而形成一个可动的联接。
这种联轴器可允许两轴间有较大的夹角，而且在运转过程中，夹角发生变化仍可正常工作；但当夹角α过大时，转动效率明显降低，故夹角α最大可达35º～45º。
万向联轴器在安装时应保证主、从动轴与中间轴间的夹角相等，且中间轴两端叉形接头应在同一平面内，这样便可使主、从动轴的角速度相等。
万向联轴器结构紧凑，维修方便，能补偿较大的角位移，广泛应用于汽车、拖拉机、轧钢机和金属切削机床等机械设备中。
（a）（b）
图13-7万向联轴器
2）有弹性元件的挠性联轴器及应用
这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的偏移，而且具有缓冲减振的作用。
故常用于频繁起动、变载荷、高速运转、经常正反转工作和两轴不便于严格对中的场合。
常用的弹性联轴器有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器。
（1）弹性套柱销联轴器及应用
如图13-8所示，弹性套柱销联轴器的结构与凸缘式联轴器相似，所不同的是用套有弹性套的柱销代替了联接螺栓。
因此可以缓冲和减振。
安装时，两半联轴器之间要留有一定的间隙C，以便补偿两轴间的轴向位移。
为了更换易损元件弹性套而不必拆移机器，应留出一定的空间距离A。
这种联轴器制造容易，装拆方便，成本较底，可以补偿综合位移，具有一定的缓冲和吸振力，但弹性套易磨损，寿命较短。
弹性套柱销联轴器适合用于载荷平稳、双向运转、启动频繁和变载荷场合。
如电动机与减速器之间就常使用这类联轴器。
图13-8弹性套柱销联轴器
（2）弹性柱销联轴器及应用
弹性柱销联轴器如图13-9所示，它直接利用具有弹性的非金属（如尼龙）柱销将两个半联轴器联接起来，为防止柱销滑出，在半联轴器的外侧有用螺钉固定的挡板。
为了增加补偿量，可将柱销的一端制成鼓形，其鼓半径为柱销直径的2～4倍。
图13-9弹性柱销联轴器
与弹性套柱销联轴器相比，弹性柱销联轴器能传递较大的转矩，可补偿两轴间一定的轴向位移及少量的径向位移和偏角位移。
3.1联轴器的选择
绝大多数联轴器都已经标准化，可根据实际情况合理的选用，选择的基本步骤可按以下进行。
3.1.1选择联轴器的类型
根据传递转矩的大小、轴转速的高低，被联接两部件的安装精度、参考各种类型联轴器的特性，选择一种合适的联轴器。
具体依据是：
1）所需传递转矩的大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。
如对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用弹性的联轴器。
2）两轴相对位移的大小和方向。
当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或者工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用有补偿作用的联轴器。
例如当径向位移较大时，可选用滑块联轴器，角位移较大时或相交两轴的联接可用万向联轴器等。
3）联轴器的可靠性和工作环境。
通常由金属元件制成的不需要润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。
含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。
4）联轴器的制造、安装、维护和成本。
在满足使用性能的前提下，应选用拆装方便、维护简单、成本低的联轴器。
例如，刚性联轴器不但简单，而且拆装方便，可用于低速、刚性大的传动轴。
一般的非金属弹性元件联轴器，由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般中小功率传动。
3.1.2确定联轴器的型号
由于启动时的动载荷和运转中可能出现过载现象，所以应当确定轴上的计算转矩
（13-1）
式中，
—轴的计算转矩（
）；
—工作情况系数，见表13-1；
—轴的名义转矩（
）。
根据计算转矩
不超过联轴器的公称转矩
；转速
不超过联轴器许用转速
以及轴颈与联轴器孔径一致的原则选用合适的联轴器型号。
计划与决策（5min）
1.进行自愿分组。
2.学习相关知识。
3.明确工作思路。
4.讨论任务实施注意事项。
5.完成任务。
6.检查评价。
实施
（25min）
设计件号4联轴器，联轴器的作用是联接减速箱与滚筒，该
设计是在轴的设计之后，在设计轴的尺寸时，已经考虑到联轴器
与轴配合的尺寸。
联轴器的设计主要是选型和校核转矩。
1.类型选择
该联轴器用于带式输送机，考虑到连续工作时间较长，但转
矩变化较小，略有冲击，选用缓冲、吸振性能较好的弹性柱销联
轴器。
2.型号选择
1）计算名义转矩
式中：
ⅡP是减速箱输出轴的功率；Ⅱn是输出轴的转速。
2）确定载荷系数AK
3）求计算转矩
4）查GB5014-1985选取型号
还要考虑轴孔的范围。
检查学生的设计结果，鼓励学生的创新意识。
对创新的设计应展
示
检查与评价
（10min）
巡回指导检查，及时解答学生疑问。
评价有教师评价与学生自评与互评相结合。
评定形式
比例
评定内容
评定标准
得分
自我评定
20%
1.学习工作态度5分
2.完成任务情况5分
3.出勤情况5分
4.独立工作能力5分
积极【5】；一般【3】；不积极【0】
全部【5】；一半【3】；没有【1】
全勤【5】；缺两次【3】；30%【0】
强【5】；一般【3】；不强【1】
小组评定
30%
1.学习工作责任意识5分
2.收集材料、调研能力5分
3.汇报、交流、沟通能力10分
4.团队协作精神10分
强【5】；一般【3】；不强【0】
强【5】；一般【3】；不强【1】
强【10】；一般【6】；不强【2】
强【10】；一般【6】；不强【2】
教师评定
50%
1.集体学习工作过程状态10分
2.计划制定、执行情况10分
3.任务完成情况15分
4.项目学习、实训报告15分
积极【10】；一般【6】；较差【2】
好【10】；一般【6】；较差【2】
好【15】；一般【10】；较差【5】
【0】-【15】
任务拓展
（15min）
2.1弹簧的功用
弹簧的主要功用有：
（1）控制机构的运动或零件的位置，例如离合器、凸轮机构、阀门及调速器中的弹簧；
（2）缓冲及吸振，例如汽车、火车车厢下的减振弹簧，各种缓冲器中的弹簧；
（3）储存能量作为动力源，例如机械钟表、仪器、玩具等使用的发条，枪栓弹簧；
（4）测量力和力矩，例如弹簧秤、测力器中的弹簧等。
2.2弹簧的类型
弹簧的种类很多，按其形状的不同可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、平面涡卷弹簧和板弹簧等。
（1）螺旋弹簧
螺旋弹簧是用金属丝按螺旋线卷绕而成的。
按照所能承受载荷的不同，分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧等。
按照轴向形状的不同，可分为圆柱形弹簧（如图13-13（a）（b）（c）所示）、圆锥形弹簧（如图13-13（d）所示）等。
圆柱形弹簧因其受力与变形成正比，便于生产，故应用最广；圆锥形弹簧具有防共振的能力，稳定性好，多用于承受较大的载荷和减振。
按照金属丝横截面形状的不同，分为圆形截面弹簧和矩形截面弹簧等。
在所占空间相同时，后者能吸收的能量多。
（2）环形弹簧和碟形弹簧
环形弹簧（如图13-14（a）所示）和碟形弹簧（如图13-14（b）所示）都是压缩弹簧，在工作过程中，其一部分能量消耗在各圈之间的摩擦上，因此具有很强的缓冲吸振能力，多用于重型机械的缓冲装置。
（3）平面涡卷弹簧
这种弹簧又称盘簧（如图13-14（c）所示），其轴向尺寸很小，常用做仪表和钟表的储能装置。
（4）板弹簧
板弹簧（如图13-14（d）所示）是由许多长度不同的钢板叠合而成，主要用做各种车辆的减振装置。
按制作弹簧材料的不同，弹簧还可分为金属弹簧和非金属弹簧。
上述弹簧都是金属弹簧，而弹性套柱销联轴器中的弹性套是用橡胶制成的弹簧。
图13-13螺旋弹簧
图13-14环形弹簧、碟形弹簧、盘簧和板簧
2.3弹簧的材料
工作性质和条件对弹簧材料的要求是多方面的。
为保证弹簧的变形始终在弹性范围内,弹簧材料必须具有较高的弹性极限；对于经常承受交变或冲击载荷的弹簧，其材料还应具有较高的疲劳极限和足够的韧性；为了便于弹簧的制造，材料还要具有良好的塑性和热处理性能等。
下面仅介绍广泛使用的金属弹簧材料。
常用的金属弹簧材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金等。
选择弹簧材料时，应充分考虑弹簧的工作条件、功用、重要性和经济条件等因素。
碳素弹簧钢,如65、70、85钢等，其价格便宜，供应充足，热处理后具有较高的强度、适宜的韧性和塑性，故应用最广。
但它的弹性极限低，多次重复变形后易失去弹性，不适合在高于120℃的温度下工作；弹簧钢丝直径大于12mm时，不易淬透，只适用于制造小尺寸的弹簧。
合金弹簧钢，如硅锰钢和铬钒钢等，用于制作承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高的弹簧。
有色金属合金，如硅青铜、锡青铜和铍青铜等，用于制作在潮湿、酸性或其他腐蚀性介质中工作的弹簧。
2.4弹簧的许用应力
弹簧丝常用材料的许用应力、特点及应用列于表13-2。
许用应力与载荷性质有关，作用次数在
次以上的变载荷属于Ⅰ类载荷，如内燃机阀门弹簧、电磁闸瓦制动器弹簧受到的载荷；作用次数在
～
次的变载荷以及冲击载荷属于Ⅱ类载荷，如调速器弹簧、一般车辆弹簧受到的载荷；作用次数在
次以下的变载荷（即基本为静载荷）属于Ⅲ类载荷，如一般溢流阀弹簧、摩托车摩擦式安全离合器弹簧等受到的载荷。
碳素弹簧钢丝的许用应力还与其抗拉强度极限有关，其抗拉强度极限见表13-3。
按用于制作低应力、中等应力和高应力三种弹簧的情况，应分别选用B、C和D三个等级的碳素弹簧钢丝。
2.5圆柱形螺旋弹簧的基本几何参数
如图13-15所示为螺旋压缩弹簧和拉伸弹簧，由图可知圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：
外径
、中经
、内径
、节距
、螺旋升角
及簧丝直径
等。
弹簧的旋向可以是右旋或左旋，一般为右旋
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