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第2 章聯(lián)軸器
2.1 聯(lián)軸器定義
聯(lián)軸器是用來聯(lián)接兩軸使其一起旋轉(zhuǎn)，以傳遞扭矩和運動的一種機械傳動裝置；有時可以作為一種安全裝置用以防止被聯(lián)接機件承受過大的載荷，起到過載保護作用；有時還可以作為一種特殊的調(diào)速裝置。聯(lián)軸器雖屬于一種形式的傳動機構(gòu)，但由于它是直接傳動，結(jié)構(gòu)比較簡單，應(yīng)用極其廣泛。
2.2 聯(lián)軸器的分類
一般情況下，聯(lián)軸器可以分為以下3種，其主要類型及分類如表2-1:
表2.1聯(lián)軸器分類
| 普通聯(lián)軸器 |
安全聯(lián)軸器 |
特殊聯(lián)軸器 |
| 剛性 |
彈性 |
銷釘安
全聯(lián)軸
器、扭
矩限制
型聯(lián)軸
器等 |
液力聯(lián)
軸器、
粉末聯(lián)
軸器等 |
| 固定式 |
可移式 |
金屬彈性件 |
非金屬彈性件 |
套筒聯(lián)軸器，
凸緣聯(lián)軸器，
緊箍夾殼聯(lián)
軸器，夾殼
聯(lián)軸器等 |
十字滑塊聯(lián)
軸器，鏈條
聯(lián)軸器，齒
輪聯(lián)軸器，
萬向聯(lián)軸器等 |
膜片（盤）聯(lián)
軸器，簧片聯(lián)
軸器，托馬斯
聯(lián)軸器，彈性
管聯(lián)軸器，盤
繞彈簧聯(lián)軸器等 |
橡膠套筒聯(lián)軸，
輪胎式聯(lián)軸器,
尼龍柱銷聯(lián)軸器，
橡膠環(huán)聯(lián)軸器，
彈性萬向聯(lián)軸器等 |
2.2.1 普通聯(lián)軸器
普通聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩種。剛性聯(lián)軸器又可分為固定式和可移式，彈性聯(lián)軸器可分為金屬彈性元件和非金屬彈性元件兩種。
固定式剛性聯(lián)軸器的聯(lián)接元件之間不能相對移動，沒有緩沖和減震的作用，所以只能與用于被連接兩軸在安裝時能夠嚴格對中和工作時不發(fā)生相對位移，載荷平穩(wěn)或只有輕微沖擊的場合。
常用的固定剛性聯(lián)軸器有套筒聯(lián)軸器和凸緣聯(lián)軸器等。
(1）套筒聯(lián)軸器
套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，由一整套公用套筒并利用鍵，花鍵或錐銷等聯(lián)接件實現(xiàn)與兩軸的聯(lián)接。
(2)凸緣聯(lián)軸器
如圖2.2所示，凸緣聯(lián)軸器由兩個帶凸緣的半聯(lián)軸器和一組螺栓組成。這種聯(lián)軸器有兩種對中方式：一種是通過分別具有凸槽和凹槽的兩個半聯(lián)軸器的相互嵌合來對中，半聯(lián)軸器采用普通螺栓聯(lián)接；另一種是通過鉸制孔用螺栓與孔的緊配合對中，當尺寸相同時后者傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，且裝拆時軸不必作軸向移動。
由于制造精度，安裝誤差，工作時軸的變形，軸承的磨損等原因，被聯(lián)接兩軸軸線不可避免的會出現(xiàn)一定的相對位移，分為徑向位移，軸向位移，角問位移以及綜合位移，如圖2.3所所示，在這種場合，應(yīng)當使用移動式剛性聯(lián)軸器。依靠聯(lián)接元件間的相對可移動性來彌補被聯(lián)接兩軸安裝時的對中誤差，以及工作時的相對位移，避免或減少附加載荷:
常用的可移式剛性聯(lián)軸器有：十字滑塊聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器和齒式聯(lián)軸器等。
(1）十字滑塊聯(lián)軸器
十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖如2.4所示，它主要由兩個半聯(lián)軸器以及中間的十字滑塊組成。兩半聯(lián)軸器的端面上有徑向凸槽，十字滑塊的兩側(cè)有相互垂直的十字形凸。兩半聯(lián)軸器分別緊固在被聯(lián)接的兩軸軸端上，十字塊的凸分別與兩半聯(lián)軸器的凹槽相嵌合，實現(xiàn)兩軸的聯(lián)接，并且可在兩槽內(nèi)滑動，補償軸線的徑向移動，同時也可補償一定的相對角移動。
(2）萬向聯(lián)軸器
萬向聯(lián)軸器可分為單萬向聯(lián)軸器和雙萬向聯(lián)軸器，用于聯(lián)接軸線相交的兩軸，以傳遞轉(zhuǎn)動和扭矩，能夠保證在兩軸軸線夾角在35°到45°發(fā)生變化時，保證所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，可靠地傳遞扭矩。這種聯(lián)軸器主要由兩個安裝在主，從動軸軸端上的叉形接頭（單叉），中間聯(lián)接件（十字塊），塞銷和銷桿組成，結(jié)構(gòu)如圖2.5。
(3）齒式聯(lián)軸器
齒式聯(lián)軸器構(gòu)造如圖2.6所示，主要由兩具有相同齒數(shù)的外齒軸套和兩帶有凸緣的內(nèi)齒圈等零件組成。兩外齒軸套分別用鍵聯(lián)接固定在被聯(lián)接兩軸的軸端，兩內(nèi)齒圈的內(nèi)齒與軸套上的外齒相嚙合，其凸緣用螺栓聯(lián)接，從而實現(xiàn)兩軸的聯(lián)接。
被聯(lián)接兩軸，可用一只齒輪聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這種齒輪聯(lián)軸器稱為CL型，也可用兩只齒輪聯(lián)軸器并通過一中間軸實現(xiàn)聯(lián)接，這種是CLZ型。
彈性聯(lián)軸器具有能產(chǎn)生較大彈性變形和阻尼作用的彈性元件，因此除了能補償兩軸相對位移外，還能起到緩沖和吸振的作用。彈性元件所能儲蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的緩沖能力愈強；彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時零件間的摩擦功愈大、則聯(lián)軸器的減振能力愈好。這類聯(lián)軸器目前應(yīng)用很廣，品種亦愈來愈多。
2.2.2安全聯(lián)軸器
當過載時，安全聯(lián)軸器中的聯(lián)接元件將被剪斷、分開或發(fā)生打滑，使聯(lián)軸器的聯(lián)接中斷，從面防止機器的損壞。由于工作要求和防止過載的方法不同，安全聯(lián)軸器可分為銷釘式，彈簧滾珠式和摩擦式等。目前用的較多的是銷釘式安全聯(lián)軸器和摩擦安全聯(lián)軸器。
銷釘式安全聯(lián)軸器是一種最簡單的安全聯(lián)軸器，在過載時，聯(lián)接元件銷釘被剪斷，從而使傳動中斷，起到安全保護的作用。銷釘用經(jīng)過淬火的鋼制成，以避免由于塑性變形而延長切斷的時間。圖2.7,2.8所示的為銷釘式安全聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式，銷釘和鋼套裝于聯(lián)軸器的凸緣上。銷釘式安全聯(lián)軸器分為單剪和雙剪兩種。
摩擦安全聯(lián)軸器是通過接合元件工作面間的摩擦力來傳遞鈕矩，摩擦力則是依靠螺母的鎖緊力來保證的．在正常工作狀況下，摩擦力產(chǎn)生的力矩大于所需傳遞的扭矩，當過載時，摩擦片間發(fā)生滑動，而使從動軸停止轉(zhuǎn)動，起到安全保護作用。
圖2.9 就是摩擦安全聯(lián)軸器的一種型式。工作時由主動軸帶動輪盤6，鏈輪3夾在兩摩擦片之間，摩擦片的壓緊力由壓板7，碟形彈簧4及調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)。如果傳遞的轉(zhuǎn)矩不大于摩擦片與鏈輪之間摩擦力所能產(chǎn)生的極限轉(zhuǎn)矩，鏈輪3 可通過雙排滾子鏈2將轉(zhuǎn)矩傳給半聯(lián)軸器鏈輪1（與被動軸聯(lián)接），實現(xiàn)扭矩的傳遞。
2.2.3 特殊聯(lián)軸器
用非機械方式直接聯(lián)接的聯(lián)軸器，如用液力傳動、氣壓傳動或電磁操縱的聯(lián)軸器。液力聯(lián)軸器又稱液力藕合器，與其它普通聯(lián)軸器相比．它能有效地控制機械過載，具有良好的緩沖作用及很多獨特的優(yōu)點。由于液力聯(lián)軸器的工作介質(zhì)是液體，因而能吸收或減少來自動力機械和外載荷變化的振動與沖擊，使機械平穩(wěn)啟動，加速均勻。由于這一系列的優(yōu)點，使得它在化工、造船、礦山、運輸?shù)仍S多工業(yè)部門中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
液力聯(lián)軸器的外形象一條輪胎，它由主動軸1 ，從動軸2 ，轉(zhuǎn)動外殼3 ，泵輪5 ，渦輪6 及密封7 等主要零部件構(gòu)成。泵輪和渦輪一般對稱布置，幾何尺寸相同，兩輪內(nèi)設(shè)有許多徑向輻射葉片4。液力聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如下圖2.10所示。
液力聯(lián)軸器中，充有工作油。當原動機通過主動軸帶動泵輪旋轉(zhuǎn)時，因離心力的作用，工作油在葉片的帶動下由內(nèi)側(cè)（進口）流向外緣（出口），形成高壓高速的液流，高壓高速的液流沖擊渦輪葉片，使渦輪跟著泵輪同向旋轉(zhuǎn)。工作油在渦輪中，由外緣（進口）流向（內(nèi)側(cè)）出口的過程中減壓減速，然后再流入泵輪的進口。不斷地循環(huán)，把工作油的動能和壓力能換成機械功，通過從動軸輸出，帶動工作機器。整個過程實現(xiàn)了從主動軸到從動軸的傳動。
粉末聯(lián)軸器主要由與主動軸相聯(lián)的葉輪和與被動軸相聯(lián)的外殼兩大部分組成，葉輪和外殼之間充填粉末介質(zhì)（d=6ram 鋼球和紅丹粉），如下圖所示
從圖2.11中我們可看出，主動件和被動件都是各自獨立回轉(zhuǎn)的零件，當主動軸回轉(zhuǎn)時，將粉末介質(zhì)帶起而回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速升高后，由于離心力的作用，使粉末介質(zhì)之間和介質(zhì)和外殼之間的摩擦力隨之增加，因而帶動被動軸回轉(zhuǎn)。
2.3 彈性聯(lián)軸器
2.3.1 彈性聯(lián)軸器的分類
橡膠彈性聯(lián)軸器的種類很多，目前有下列不同的分類方法：
(1）按橡膠彈性元件受力情況采分，有：
壓縮型，如彈性柱銷式，圓柱塊式，梯形塊式等彈性聯(lián)軸器，它們是將橡膠壓制成各種形狀的彈性元件裝入主，從動金屬件之間組成的。由于橡膠壓縮彈性較小，因此壓縮型聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度要比剪切-拉伸型大6-10倍，故又稱為低彈性聯(lián)軸器。
這類聯(lián)軸器對降低變動扭矩，調(diào)節(jié)軸系扭轉(zhuǎn)振動固有頻率的作用不大，同時對補償軸線偏移的效果也不明顯，性能較差，故有逐漸被淘汰的危險。但是，它們應(yīng)用歷史悠久，結(jié)構(gòu)簡單，橡膠元件壓制方便，造價低，更換容易，目前還廣泛應(yīng)用于很多場合。其中彈性圈聯(lián)軸器在許多國家都有系列產(chǎn)品。例如我國為JB108-60,C42-1,B1101-66，F(xiàn)J167-79等部標準和行業(yè)標準；俄羅斯為IOCT21424-75，日本為JISB1452-80等。
壓縮-拉伸型。如多角橡膠聯(lián)軸器等。
純剪切型，如在主，從動法蘭之間裝有圓鼓形橡膠圈的彈性聯(lián)軸器，主要用于電機驅(qū)動的泵，鼓風(fēng)機等。
剪切-拉伸型，如單盤式，輪胎式，雙皮碗式等彈性聯(lián)軸器。
(2)按橡膠元件的構(gòu)成來分，有：
純橡膠元件，橡膠與金屬粘接的組合件，橡膠織物元件，橡膠空氣彈簧元件等。
(3）按橡膠膠料來分，有：
天然橡膠，合成橡膠（其中有丁睛膠，氯丁膠等）。
(4）按扭轉(zhuǎn)彈性來分，有：
彈性和高彈性。
2.4 彈性聯(lián)軸器簡介
2.4.1 傳統(tǒng)彈性聯(lián)軸器
(1）彈性套柱銷聯(lián)軸器
彈性套柱銷聯(lián)軸器是使用最為廣泛的聯(lián)軸器，它是利用一端套有彈性套（橡膠材料）的柱銷，裝在兩半聯(lián)軸器凸緣孔中，以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的連接傳動。
彈性套柱銷聯(lián)軸器構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，見下圖2.12，只是用套有彈性套的柱銷代替了聯(lián)接螺紋，利用彈性套的彈性變形來補償兩軸的相對位移。
(2）輪胎聯(lián)軸器輪胎聯(lián)軸器用橡膠或橡膠織物制成輪胎狀的彈性元件，兩端用壓板及螺釘分別壓在兩個半聯(lián)軸器上。結(jié)構(gòu)如下圖2.13:
這種聯(lián)軸器富有彈性，具有良好的消振能力，能有效地降低動載荷和補償較大的軸向位移，而且絕緣性能好，運轉(zhuǎn)時無噪聲。缺點是徑向尺寸較大；當轉(zhuǎn)矩較大時，會因過大扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生附加軸向載荷。為了便于裝配，有時將輪胎開出徑向切口，但這時承載能力要顯著降低。
(3）梅花形彈性聯(lián)軸器
梅花形彈性聯(lián)軸器利用梅花形彈性元件置于兩半聯(lián)軸器凸爪之間以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接，彈性件可根據(jù)使用要求選用不同硬度的聚氨酷橡膠、鑄型尼龍等材料制造。圖2.14為此聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖。
由上圖我們可以看到，兩半聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)尺寸相同，其端面各有若干個凸爪，依次嵌入梅花形彈性元件的圓形凸部之間，并通過它們之間的接觸將扭矩從主動軸傳遞到從動軸。梅花形彈性聯(lián)軸器的彈性元件，在單向傳動時，只有一半的凸部承受載荷，起著傳遞載荷的作用。參與傳遞扭矩凸爪接觸面上的載荷分布情況與接觸部分的形狀有關(guān)。
(4)膜片聯(lián)軸器
膜片聯(lián)軸器的典型結(jié)構(gòu)如下圖2.15所示。其彈性元件為一定數(shù)量的很薄的多邊環(huán)形（或圓環(huán)形）金屬膜片疊合而成的膜片組。在膜片的圓周上有若干個螺栓孔，用絞制孔用螺栓交錯間隔與半聯(lián)軸器相聯(lián)接。
通常用膜片組來傳遞扭矩，靠膜片的彈性變形來補償所連兩軸的相對位移。由于膜片聯(lián)軸器特殊的結(jié)構(gòu)，聯(lián)軸器上的彈性元件上的弧段分為交錯受壓縮和受拉伸的兩部分，拉伸部分傳遞轉(zhuǎn)矩，壓縮部分趨向皺折。當機組存在軸向、徑向和角位移時，金屬膜片便產(chǎn)生波狀變形。
2.4.2 新型彈性聯(lián)軸器
(1）金屬橡膠元件彈性聯(lián)軸器
傳統(tǒng)彈性套柱銷聯(lián)軸器具有一定的補償兩軸相對偏移和減振緩沖的性能，但由于普通橡膠較薄，變形有限，彈性和阻尼性能較弱，限制了在某些要求高彈性大阻尼環(huán)境以及高低溫、強腐蝕條件下的使用。
金屬橡膠是一種新型的阻尼材料，它是由金屬絲經(jīng)過螺旋成形、拉長、相互纏繞模壓而成的。用它制成的彈性元件在受力變形時，內(nèi)部金屬絲的相對位移產(chǎn)生摩擦，從而耗散振動能量，具有阻尼效果，而且具有耐高低溫、耐腐蝕、耐老化、強度高等優(yōu)點，特別適合強振動及惡劣環(huán)境使用。
金屬橡膠元件彈性聯(lián)軸器就是用金屬橡膠材料替換傳統(tǒng)彈性軸器中原有的普通橡膠元件，由于其精剛度均優(yōu)于原有橡膠材料，阻尼損耗因子隨振幅的增大而顯著增大，隨著頻率的增大其變化逐漸減緩（表明這種材料具有優(yōu)良的減振特性）等原因，使金屬橡膠元件彈性聯(lián)軸器相對傳統(tǒng)的彈性聯(lián)軸器機械性能上有了很大的改善。
(2）飛輪聯(lián)軸器
飛輪聯(lián)軸器BOWEXFLE-PA、BOWEXELASTIC、MONOLASTIC等不僅在國外的著名工程機械廠家得到廣泛應(yīng)用，而且在國內(nèi)的工程機械行業(yè)也已非常普及。其中BOWEXFLE-PA的典型應(yīng)用是用來連接柴油機飛輪和液壓油泵，由于該聯(lián)軸器性價比高，安裝簡便等特點，被廣泛使用在國內(nèi)的混凝土拖泵，挖掘機、起重機、壓路機、裝載機等工程機械上。
BOWEX FLE-PA飛輪聯(lián)軸器由加強尼龍法蘭和軸套兩部件組成．聯(lián)軸器的尼龍法蘭安裝在柴油機飛輪上，軸套安裝在液壓泵軸上。尼龍法蘭的內(nèi)齒和軸套的外齒相互嚙合，而軸套的內(nèi)花鍵和液壓泵的出軸的外花鍵軸相嚙合，這樣動力就從飛輪到尼龍法蘭到鋼軸套再傳遞到液壓泵軸上。利用內(nèi)外花鍵的嚙合來傳遞動力非常可靠。
這種聯(lián)軸器的軸套通常采用夾緊式設(shè)計，鎖緊夾緊螺栓使軸套的內(nèi)花鍵收縮，將軸套抱緊在液壓泵的花鍵軸上，確保軸套運轉(zhuǎn)時軸向不移動。由于內(nèi)外花鍵無間隙抱緊，在任何工況下內(nèi)外花鍵間都不存在撞擊和磨損，從而使液壓泵的花鍵軸永不磨損。
(3）簡易的彈性聯(lián)軸器
該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如下圖2.16所示，它是由一個彈性元件橡膠盤和兩爪體式半聯(lián)軸器三部分組成，半聯(lián)軸器同傳動軸配合聯(lián)接，兩半聯(lián)軸器又通過螺栓與橡膠盤聯(lián)接，也就是說兩半聯(lián)軸器的傳動是靠橡膠盤來傳遞的。這里所用的橡膠盤可用廢棄的4～5層的傳送帶自制，上面的4個孔用相應(yīng)的膠皮鉆鉆出，目前這種簡易聯(lián)軸器可廣泛使用在一些設(shè)備上。
2.5 橡膠彈性聯(lián)軸器特點
橡膠彈性聯(lián)軸器的一般特征是： (1）橡膠彈性聯(lián)軸器的彈性元件幾乎都是用橡膠材料在金屬模具中硫化而成。根據(jù)使用要求制成各種形狀的傳扭彈性元件。有的將橡膠彈性元件插入聯(lián)軸器的主，從動金屬件之間，有的將橡膠粘結(jié)在機構(gòu)，也能夠避免因軸系振動和共振而引起的重大事故。
(2）相連接的兩軸的軸心線對中要求可以降低，補償軸線在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的偏移。
(3）安裝橡膠彈性聯(lián)軸器后，可使軸系具有良好的電氣絕緣性能，可隔絕熱傳導(dǎo)，降低噪音：無需進行加油潤滑等維修保養(yǎng)。
(4）結(jié)構(gòu)簡單，可采用小型彈性元件組成大扭矩彈性聯(lián)軸器。
但是與余屬彈簧聯(lián)軸器相比，它的缺點是：耐油性耐熱性差：在空氣中易老化：由于制造時橡膠硬度偏差較大，負荷性能不穩(wěn)定。
橡膠用于聯(lián)軸器的歷史還不長。近幾十年來，人們進行了工業(yè)基礎(chǔ)試驗，理論研究和橡膠硫化過程以及膠料配方的研究，大大提高了它的強度，耐久性和阻尼減振性能，使橡膠彈性聯(lián)軸器的使用范圍和品種日趨擴大。
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