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离合器在机器运转中可将传动系统随时分离或接合。对离合器的要求有:接合平稳，分离迅速而彻底；调节和修理方便；外廓尺寸小；质量小；耐磨性好和有足够的散热能力；操纵方便省力。离合器的类型很多，常用的可分牙嵌式与摩擦式两大类。
(一)
牙嵌离合器
牙嵌离合器由两个端面上有牙的半离合器组成(如右图)。其中一个(图的左部)半离合器固定在主动轴上；另一个半离合器用导键(或花键)与从动轴联接，并可由操纵机构便其作轴向移动，以实现离合器的分离与接合。牙嵌离合器是借牙的相互嵌合来传递运动和转矩的。为使两半离合器能够对中，在主动轴端的半离合器上固定一个对中环，从动轴可在对中环内自由转动。
图<牙嵌离合器>
图<各种牙型图>
牙嵌离合器常用的牙形如图<各种牙型图>所示，三角形牙(图a、b)用于传递小转矩的低速离合器；矩形牙(图e)无轴向分力，但不便于接合与分离，磨损后无法补偿，故使用较少；梯形牙(图c)的强度高，能传递较大的转矩，能自动补偿牙的磨损与间隙，从而减少冲击，故应用较广；锯齿形牙(图d)强度高，只能传递单向转矩，用于特定的工作条件处；图f所示的牙形主要用于安全离合器；图g所示为牙形的纵截面。牙数一般取为3～60。牙嵌离合器的主要尺寸可从有关手册中选取，必要时应按下式验算牙面上的压力p及牙根弯曲应力σb。即
式中：A—每个牙的接触面积，
；
D0—离合器牙齿所在圆环的平均直径(图<各种牙型图>)，mm；
h—牙的高度，mm；
z—半离合器上的牙数；
W—牙根的抗弯截面系数，
，其中a、b所代表的尺寸如图<牙嵌离合器图>所示；
[p]—许用压力，当静止状态下接合时，[p]≤90～120Mpa；低速状态下接合时，[p]≤50～7OMPa；较高速状态下接合时，[p]=35～45Mpa；
[σ]b—许用弯曲应力，静止状态下接合时，[σ]b=σs/1.5 MPa；运转状态下接合时，[σ]b=σs/(5～6)
MPa 。
牙嵌离合器一般用于转矩不大，低速接合处。材料常用低碳钢表面渗碳，硬度为56～62HRC；或采用中碳钢表面淬火，硬度为48～541HRC；不重要的和静止状态接合的离合器，也允许用HT2O0制造。
（二)
圆盘摩擦离合器
圆盘摩擦离合器是在主动摩擦盘转动时，由主、从动盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递转矩的，有单盘式和多盘式两种。
右图为单盘摩擦离合器的简图。在主动轴1和从动轴2上，分别安装摩擦盘3和4，操纵环5可以使摩擦盘4沿轴2移动。接合时以力Q将盘4压在盘3上，主动轴上的转矩即由两盘接触面间产生的摩擦力矩传到从动轴上。设摩擦力的合力作用在平均半径R的圆周上，则可传递的最大转矩Tmax为
式中f为摩擦系数(见表<摩擦离合器的材料及其性能>)。
图<单盘摩擦离合器>
下图为多盘摩擦离合器，它有两组摩擦盘：一组外摩擦盘5(图<摩擦盘结构图a>)以其外齿插入主动轴1上的外鼓轮2内缘的纵向槽中，盘的孔壁则不与任何零件接触，故盘5可与轴l一起转动，并可在轴向力推动下沿轴向移动；另一组内摩擦盘6(图<摩擦盘结构图b>)以其孔壁凹槽与从动轴3上的套筒4的凸齿相配合，而盘的外缘不与任何零件接触，故盘6可与轴3一起转动，也可在轴向力推动下作轴向移动。另外在套筒4上开有三个纵向槽，其中安置可绕销轴转动的曲臂压杆8；当滑环7向左移动时，曲臂压杆8通过压板9将所有内、外摩擦盘紧压在调节螺母10上，离合器即进入接合状态。螺母10可调节摩擦盘之间的压力。内摩擦盘也可作成碟形(图<摩擦盘结构图c>)，当承压时，可被压平而与外盘贴紧；松脱时，由于内盘的弹力作用可以迅速与外盘分离。
图<多盘摩擦离合器>
图<摩擦盘结构图>
摩擦盘常用材料及其性能见下表。
摩擦离合器的材料及其性能
摩擦副的材料及工作条件 |
摩擦系数 |
圆盘摩擦离合器 |
|
在油中工作 |
淬火钢-淬火钢 淬火钢-青铜 铸铁- 铸铁或淬火钢 钢- 夹布胶木 淬火钢-陶质金属 |
0.06 0.08 0.08 0.12 0.1 |
0.6～0.8 0.4～0.5 0.6～0.8 0.4～0.6 0.8 |
不在油中工作 |
压制石棉-钢或铸铁 淬火钢-陶质金属 铸铁- 铸铁或淬火钢 |
0.3 0.4 0.15 |
0.2～0.3 0.3 0.2～0.3 |
注：（1） 基本许用压力为标准情况下的许用压力。
多盘摩擦离合器所能传递的最大转矩Tmax和作用在摩擦盘接合面上的压力p为:
式中；D1,D2—摩擦盘接合面的内径和外径，mm；
z—接合面的数目；
Q—操作轴向力，N；
f—摩擦系数；
[p]--许用压力，它等于基本许用压力[p]0与系数ka、kb、kc的乘积，即
式中[p]0见表<摩擦离合器的材料及其性能>；ka、kb、kc分别为根据离合器平均圆周速度、主动摩擦盘的数目、每小时的接合次数等不同而引入的修正系数，其值见表<修正系数ka、kb、kc>。
摩擦离合器和牙嵌离合器相比，有下列优点：不论在何种速度时，两轴都可以接合或分离；接合过程平稳，冲击、振动较小；从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节；过载时可发生打滑，以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大；在接合、分离过程中要产生滑动摩擦，故发热量较大，磨损也较大。为了散热和减轻磨损，可以把摩擦离合器浸入油中工作。根据是否浸入润滑油中工作，把摩擦离合器分为干式与油式两种。
修正系数ka、kb、kc
| 平均圆周速度 | 1 | 2 | 2.5 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 15 |
| ka | 1.35 | 1.08 | 1 | 0.94 | 0.86 | 0.75 | 0.68 | 0.63 | 0.55 |
主动摩擦盘数目 3 4 5 6 7 8 9 10 11 kb 1 0.97 0.94 0.91 0.88 0.85 0.82 0.79 0.76
| 每小时接合次数 | 90 | 120 | 180 | 240 | 300 | ≥360 |
| kc | 1 | 0.95 | 0.8 | 0.7 | 0.6 | 0.5 |
设计时，可先选定摩擦面材料和根据结构要求初步定出摩擦盘接合面的直径D1和D2。对油式摩擦离合器，取D1=(1.5～2)d，d为轴径；D2=(1.5～2)D1；对干式摩擦离合器，取D1=(2～3)d；D2=(1.5～2.5)D1。然后来出轴向压力Q及所需的摩擦结合面数目z。因为z增加过大时，传递转矩并不能随之成正比增加，故一般对油式取z=5～15；对干式取z=1～6。并限制内外摩擦盘总数不大于25～30。
摩擦离合器在接合与分离时，从动轴的转速总是小于主动轴的转速，因而内外摩擦盘间必有相对滑动产生，从而 消耗摩擦功，并引起摩擦盘的磨损和发热。当温度过高时，就会引起摩擦系数改变，严重时还可能导致摩擦盘胶合与塑性变形。一般对钢制摩擦盘，应限制其表面最高温度不遇过300～400℃，整个离合器的平均温度不大100～120℃。
摩擦离合器的操纵方法有机械的、电磁的、气动的和液压的等数种。机械式操纵多用杠杆机构(参看图<多盘摩擦离合器>)；当所需轴向力较大时，也有采用其它机械的(如螺旋机构)。 下面介绍一种电磁操纵的多盘摩擦离合器。如右图所示，当直流电经接触环1导人电磁线圈2后，产生磁通量φ使线圈吸引衔铁5，于是衔铁5将两组摩擦片3、4压 紧，离合器处于接合状态。当电流切断时，依靠复位弹簧6将衔铁推开，使两组摩擦片松开，离合器处于分离状态。电磁摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力，因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。
图<电磁摩擦离合器>
