单元3 其他机械连接（课件）《机械基础》上好课（苏教版·凤凰职教）

《机械基础》（苏教版·凤凰职教） 上好课—中职专业课 模块二 机械连接 单元3 其他机械连接 教学目标 知识目标 1. 掌握弹簧的定义、四大功用、分类及各类弹簧的结构特点和应用场景； 2. 明确联轴器与离合器的核心区别，掌握制动器的工作原理、分类，区分常开式、常闭式制动器的工作特点。 能力 目标 1. 能够准确识别弹簧、联轴器、离合器、制动器各类零部件实物及结构示意图； 2. 能够合理选择对应的弹簧、联轴器、离合器、制动器类型； 情感 目标 1. 培养严谨的机械专业思维，树立规范、安全的机械设计与设备应用理念； 2. 理解工艺规范对设备安全的重要意义，树立岗位安全责任意识。 教学引入 图：矿用提升绞车——制动与连接装置的综合应用 思考：这台设备里藏着哪些"其他机械连接"？ 矿用绞车在提升重物时： 电动机与减速器之间靠什么传递动力？ 怎样在运行中随时停止重物下降？ 钢丝绳卷筒的冲击载荷如何缓冲？ 答案就在今天学习的四类装置中——弹簧缓冲、联轴器传力、离合器控离、制动刹车。 知识讲授：弹簧是什么？ 定义：弹簧是一种弹性元件。受载时发生弹性变形，将机械功/动能转化为变形能储存起来；卸载时变形消失，变形能重新释放为机械功/动能。 能量转换过程： 受载 → 弹性变形 → 储存变形能 卸载 → 弹性恢复 → 释放变形能 关键：变形在弹性限度内，不会产生永久塑性变形。 图：不锈钢圆柱螺旋压缩弹簧 知识讲授：弹簧的四大功用 ① 缓冲、吸振——吸收冲击能量，如汽车减振弹簧 ② 控制机构位置与运动——如内燃机气门弹簧 ③ 储存能量——如钟表发条、枪械弹簧 ④ 测量力、力矩——如弹簧秤、测力器 图：矿山机械用大线径压缩弹簧 知识讲授：弹簧的类型 知识讲授：功用① 缓冲吸振 图：汽车螺旋弹簧与减振器组成的悬挂系统 原理：利用弹簧变形吸收冲击动能，把骤然的冲击变成缓慢的弹性恢复。 典型应用： 汽车、火车车厢悬挂减振弹簧 自行车座弹簧 机床、锻压设备的缓冲垫 知识讲授：功用② 控制机构位置与运动 图：发动机气门弹簧（多组并列） 作用：利用弹簧的恢复力，使零件在动作后自动回到初始位置。 典型应用： 内燃机气门弹簧：凸轮压下气门后，弹簧立刻把气门推回关闭位置 离合器压紧弹簧：保持摩擦片压紧接合 复位按钮、开关弹起 知识讲授：功用③ 储存能量 图：黄铜材质平面涡卷发条弹簧 原理：预先把弹簧旋紧，把能量以变形能形式存起来，需要时缓慢释放驱动机构。 典型应用： 机械钟表发条——驱动齿轮系走时 枪械击发弹簧 手电筒、卷尺的回收簧 知识讲授：功用④ 测量力与力矩 原理：在弹性限度内，弹簧变形量与所受力成正比（胡克定律），通过测量变形量即可读出力的大小。 典型应用： 弹簧秤、手提弹簧秤 拉力试验机、扭簧测力仪 机械式压力表 知识讲授：弹簧的分类方法 分类依据 类别 举例 按形状 圆柱螺旋、圆锥、碟形、环形、盘簧、板弹簧 最常用：圆柱螺旋弹簧 按受力性质 拉伸、压缩、扭转、弯曲弹簧 受力方向决定变形形式 按材料 金属弹簧、非金属弹簧 金属最常见，非金属如橡胶、空气弹簧 重点：工程中使用最广泛的是圆柱形螺旋弹簧，它结构简单、制造方便、刚度稳定。 知识讲授：圆柱螺旋弹簧 三种受力形式： 压缩弹簧：承受压力，圈与圈之间有间隙（图中所示） 拉伸弹簧：承受拉力，两端挂环，自由状态并紧 扭转弹簧：承受扭矩，用于压紧、储能、传递转矩 共同特点：刚度稳定、结构简单、制造方便，在各类机械中应用最广。 知识讲授：碟形弹簧（盘形弹簧） 图：不同规格的碟形弹簧组（可叠合使用） 结构：像碟子形状的钢环，单片变形小，但可正反叠合组合使用。 特点： 刚度大、缓冲吸振能力强 轴向尺寸极小，适合空间受限场合 适合大载荷、重型机械缓冲 典型：锻压设备、重型车辆、管道法兰密封 知识讲授：板弹簧与环形弹簧 图：汽车钢板弹簧（多片钢板叠合，弯曲受力） 板弹簧（板簧）： 多片长度递减的钢板叠合而成 受弯曲变形，缓冲减振能力强 用于汽车、拖拉机、铁路车辆悬挂 环形弹簧： 内外锥环互相压紧 吸能量大，缓冲极强 用于机车、锻压设备、飞机起落架 知识讲授：盘簧（平面涡卷弹簧） 图：金属平面涡卷弹簧（发条） 结构：钢带绕成平面螺旋状，圈数很多。 特点： 圈数多、变形角大、储能量大 轴向尺寸极小 在钟表、仪器、记录设备中做储能元件 它就是钟表里那根"发条"的真身。 师生互动：找一找身边的弹簧 图：客车钢板弹簧 讨论题： 请同学们列举： 你身边还有哪些地方用到了弹簧？ 它们分别属于四大功用中的哪一种？ 它们是圆柱螺旋、板簧还是碟簧？ 提示：圆珠笔、床垫、插座、开关、车门铰链…… 知识讲授：联轴器的功用与本质 主要功用：连接两根轴，使它们一起回转，传递转矩。 附加功能： 部分联轴器可作过载安全保护 高速重载场合可缓冲减振，改善轴系动态性能 关键特性： 普通联轴器在机器运转时两轴不能分离，必须停机拆卸才能分开。 知识讲授：联轴器 知识讲授：联轴器的三大类划分 大类 能否补偿两轴相对位移 典型代表 刚性联轴器 不能补偿，安装必须严格对中 凸缘联轴器、套筒联轴器 挠性联轴器 可以补偿两轴间的相对位移 万向联轴器、齿式联轴器、弹性套柱销联轴器 安全联轴器 过载时自动断开，保护整机 销钉剪断式安全联轴器 挠性联轴器又分：无弹性元件（靠结构滑动补偿，不能吸振）和有弹性元件（带弹性件，可缓冲减振）。 知识讲授：刚性联轴器—凸缘联轴器 结构：两个带凸缘的半联轴器，用平键分别装在两根轴上，再用螺栓把两个半联轴器连在一起。 三种对中型式： GY 型：普通螺栓连接 GYS 型：凸肩凹槽对中 GYH 型：剖分环对中 特点：结构简单、传力大；但不能补偿偏移、不能缓冲吸振，对中要求高。适合低速、重载、载荷平稳场合。 知识讲授：刚性联轴器—套筒联轴器 图：圆柱形套筒（靠销钉或键连接两轴） 结构：一个公用套筒，用销钉或键把两根轴连起来。 优点：径向尺寸最小，结构最简单。 缺点：拆装麻烦，需要轴向移动轴；不能补偿偏移。 适用：轴径不大（≤60~70mm）、低速、平稳无冲击场合。 特殊：若用销钉连接，过载时销钉被剪断——即构成安全联轴器。 知识讲授：挠性联轴器—万向联轴器 结构：十字轴把两个叉形接头连起来，允许两轴相交。 适用：两轴夹角较大（一般5°~45°）的场合，如汽车、拖拉机传动轴。 关键缺点：单个万向联轴器工作时，从动轴角速度周期性波动，主动轴匀速时从动轴时快时慢。 解决办法：必须成对使用！用两个万向联轴器串联，抵消速度波动。 知识讲授：万向联轴器 万向联轴器为什么必须成对使用？ 成对安装条件（两个必须同时满足）： ① 中间轴两端的叉面必须位于同一平面内 ② 主动轴与中间轴的夹角 α₁ = 中间轴与从动轴的夹角 α₂ 效果：第一个万向节产生的速度波动，被第二个万向节完全抵消，从动轴实现匀速转动。 汽车从变速箱到后桥的传动轴，就是这种双万向节结构。 知识讲授：挠性联轴器-鼓形齿式联轴器 结构：内齿圈与带外齿的半联轴器啮合，外齿做成鼓形球面。 优点：能同时补偿轴向、径向、角向综合偏移；允许高速（可达3500r/min）、重载、频繁正反转。 缺点：结构复杂、成本高，需要润滑和密封。 广泛用于重型机械、轧钢设备、矿山机械。 知识讲授：挠性联轴器—弹性联轴器 共同特点：带有弹性元件（橡胶套、尼龙销），既能补偿偏移，又能缓冲吸振。 弹性套柱销联轴器：柱销上套橡胶圈，结构简单、装拆方便，用于双向运转、启动频繁、转速较高场合。 弹性柱销联轴器（尼龙销）：靠尼龙柱销传力，允许较大轴向窜动，用于正反转频繁场合。 知识讲授：联轴器的装配与找正 装配三步：零件检查 → 半联轴器装到轴上 → 找正对中。 半联轴器压装三法： 静力压入法：压力机压入（大过盈不适用） 动力压入法：冲击装入（易伤配合面） 温差装配法（优先）：加热轮毂或冷却轴，适合脆性轮毂 找正：保证两轴同轴度，减小附加载荷。高速机器对找正精度要求极高。测量用角尺塞尺（粗）或百分表（精）。 师生互动：联轴器选型讨论 讨论题：以下情况各选哪种联轴器？ ① 电机驱动水泵，启动频繁、有冲击，两轴对中良好 → ？ ② 重型轧钢机，高速重载、有综合偏移 → ？ ③ 汽车变速箱到后桥，两轴成夹角 → ？ 参考答案：①弹性套柱销联轴器；②鼓形齿式联轴器；③双万向联轴器。 知识讲授：离合器 vs 联轴器 对比项 联轴器 离合器 分离时机 必须停机拆卸才能分开 机器运转中随时接合/分离 主要用途 长期固定连接两轴传力 启动、停止、换向、变速时控制 离合器功用：连接共线两轴传递转矩，在机器运转过程中随时接合或分离，用于传动系统的启动、停止、换向和变速。 知识讲授：操纵式离合器—牙嵌式离合器 结构：两个带齿的半离合器，通过滑移套筒使齿牙啮合或脱开。 常用齿形：矩形、梯形、锯齿形、三角形。 特点：外形尺寸小、传递转矩大；但接合时有冲击，适合低速或停机状态下接合。 注意：锯齿形齿只能单向传力；梯形齿可双向传力且能补偿磨损间隙，应用最广。 知识讲授：操纵式离合器—摩擦式离合器 原理：靠摩擦盘接触面之间的摩擦力传递转矩。 单片式：一对摩擦盘，结构简单、接合平稳、冲击小，过载打滑保护；但传力有限，用于小转矩。 多片式：增加摩擦片数量即可提高传力，不必加大轴向压力。适合频繁启停、换向场合（汽车、拖拉机变速箱）。 注意：接合分离过渡阶段摩擦片打滑，会发热、磨损。 知识讲授：自控式离合器—超越离合器 特点：不需要人工操纵，自动随工况接合或分离。 工作原理：当从动件转速超过主动件时，自动脱开"超越"，从动件可自由空转。 常见类型： 滚柱式单向超越离合器 双向滚柱式超越离合器 棘轮式超越离合器（棘轮—棘爪） 用于启动辅助、怠速滑行、输送带逆止等场合。 师生互动：离合器应用举例 讨论题： ① 汽车手动挡起步、换挡，用的是哪种离合器？ ② 自行车飞轮"不蹬也能往前滑"，是哪种离合器？ ③ 机床主轴需要在停机时精确接合传动，用牙嵌还是摩擦？ 参考：①多片摩擦离合器；②单向超越离合器；③牙嵌式（需停机接合）。 知识讲授：制动器的原理、分类 原理：利用摩擦力矩消耗运动件的动能，降低转速或使其停止。 按工作状态分： 常闭式：平时抱闸制动，施加外力才松开（起重提升机） 常开式：平时松开，施加外力才抱闸刹车（车辆行车制动） 设计要求：足够制动力矩、结构紧凑、制动平稳可靠、摩擦件耐磨耐热、调整维护方便。优先装在高速轴上以减小制动器尺寸。 知识讲授：四种常用制动器结构特点 锥形制动器：内外锥面摩擦，结构紧凑，用于小转矩。 带式制动器：制动带抱紧制动轮，制动力矩大，但磨损不均、散热差、对轴有横向力。用于起重卷扬机。 内张蹄式（鼓式）：制动蹄外张压紧制动鼓内侧，结构紧凑，汽车鼓式刹车用得最多。 外抱块式（电磁抱闸）：制动块从外侧抱轮，通电松闸、弹簧抱闸，失电自动刹车，起重安全抱闸；制动快但有冲击。 传动部分 知识点背诵 1. 弹簧四功用：缓冲吸振、控制运动、储存能量、测量力。 2. 联轴器与离合器的本质区别：联轴器停机拆卸才能分轴；离合器运转中可随时接合分离。 3. 刚性 vs 挠性联轴器：刚性不能补偿偏移、须严格对中；挠性可补偿偏移，有弹性件的还能吸振。 4. 万向联轴器必须成对使用，条件：中间轴两端叉面共面、两端夹角相等。 5. 常闭式制动器：平时抱闸、外力松开，断电自动制动，用于起重安全。 6. 超越离合器：从动件转速超过主动件时自动脱开超越。 单项选择题 1.下列连接中，机器运转时可随时接合、分离两轴的是（　）。 A. 凸缘联轴器　 B. 套筒联轴器　 C. 牙嵌离合器　 D. 螺栓连接 正确答案：C A 凸缘联轴器、B 套筒联轴器：属于联轴器，只能在机器停止后装配或者拆卸，运转时不能分离。D 螺栓连接：普通紧固件，不是轴与轴之间的传动连接。 课后练习 正确答案：B 万向联轴器成对使用，中间轴两端的叉面位于同一平面，并且两端的夹角相等，补偿转速波动，实现从动轴匀速转动 课后练习 单项选择题 2.关于万向联轴器，下列说法正确的是（　）。 A. 单个即可匀速传动　 B. 必须成对使用，且中间轴两端叉面共面、夹角相等 C. 不能用于相交两轴　 D. 只能用于低速小转矩 单项选择题 3.起重机提升机构应选用的制动器是（　）。 A. 常开式、脚踩控制　 B. 常闭式、弹簧抱闸、通电松开 C. 带式制动器即可　 D. 不需要制动器 正确答案：B 断电的时候制动器抱紧制动，防止重物坠落；通电之后松开，机构运转。属于常闭式制动器（弹簧抱闸，通电松开）。 课后练习 1.简述联轴器与离合器的本质区别，并各举一个典型应用。 课后练习 本质区别： 联轴器：两轴永久连接，机器运转时不能分离；必须停机拆卸，才能将两轴分开。 离合器：两轴可以在机器运转过程中随时接合或者分离，不需要停机拆装。 典型应用： 联轴器：凸缘联轴器（机床传动轴连接）；万向联轴器（汽车传动轴） 离合器：牙嵌离合器；汽车摩擦离合器 课堂小结 默写弹簧四大功用，并各举一个生活实例。 列表对比刚性联轴器与挠性联轴器的特点及适用场合。 为什么起重机构必须采用常闭式制动器？结合"断电安全"说明。 观察身边一台机械设备（自行车/汽车/机床），找出其中的弹簧、联轴器、离合器、制动器各一处，下节课分享。 课后作业 感谢观看 Lavf62.3.100 Lavf62.3.100 $