第2 章联轴器

2.1 联轴器定义

联轴器是用来联接两轴使其一起旋转，以传递扭矩和运动的一种机械传动装置；有时可以作为一种安全装置用以防止被联接机件承受过大的载荷，起到过载保护作用；有时还可以作为一种特殊的调速装置。联轴器虽属于一种形式的传动机构，但由于它是直接传动，结构比较简单，应用极其广泛。

2.2 联轴器的分类

一般情况下，联轴器可以分为以下3种，其主要类型及分类如表2-1:

表2.1联轴器分类

2.2.1 普通联轴器

普通联轴器可分为刚性联轴器和弹性联轴器两种。刚性联轴器又可分为固定式和可移式，弹性联轴器可分为金属弹性元件和非金属弹性元件两种。

固定式刚性联轴器的联接元件之间不能相对移动，没有缓冲和减震的作用，所以只能与用于被连接两轴在安装时能够严格对中和工作时不发生相对位移，载荷平稳或只有轻微冲击的场合。

常用的固定刚性联轴器有套筒联轴器和凸缘联轴器等。

(1）套筒联轴器

套筒联轴器结构如图2.1所示，由一整套公用套筒并利用键，花键或锥销等联接件实现与两轴的联接。

(2)凸缘联轴器

如图2.2所示，凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器和一组螺栓组成。这种联轴器有两种对中方式：一种是通过分别具有凸槽和凹槽的两个半联轴器的相互嵌合来对中，半联轴器采用普通螺栓联接；另一种是通过铰制孔用螺栓与孔的紧配合对中，当尺寸相同时后者传递的转矩较大，且装拆时轴不必作轴向移动。

由于制造精度，安装误差，工作时轴的变形，轴承的磨损等原因，被联接两轴轴线不可避免的会出现一定的相对位移，分为径向位移，轴向位移，角问位移以及综合位移，如图2.3所所示，在这种场合，应当使用移动式刚性联轴器。依靠联接元件间的相对可移动性来弥补被联接两轴安装时的对中误差，以及工作时的相对位移，避免或减少附加载荷:

常用的可移式刚性联轴器有：十字滑块联轴器、万向联轴器和齿式联轴器等。

(1）十字滑块联轴器

十字滑块联轴器结构图如2.4所示，它主要由两个半联轴器以及中间的十字滑块组成。两半联轴器的端面上有径向凸槽，十字滑块的两侧有相互垂直的十字形凸。两半联轴器分别紧固在被联接的两轴轴端上，十字块的凸分别与两半联轴器的凹槽相嵌合，实现两轴的联接，并且可在两槽内滑动，补偿轴线的径向移动，同时也可补偿一定的相对角移动。

(2）万向联轴器

万向联轴器可分为单万向联轴器和双万向联轴器，用于联接轴线相交的两轴，以传递转动和扭矩，能够保证在两轴轴线夹角在35°到45°发生变化时，保证所联接的两轴连续回转，可靠地传递扭矩。这种联轴器主要由两个安装在主，从动轴轴端上的叉形接头（单叉），中间联接件（十字块），塞销和销杆组成，结构如图2.5。

(3）齿式联轴器

齿式联轴器构造如图2.6所示，主要由两具有相同齿数的外齿轴套和两带有凸缘的内齿圈等零件组成。两外齿轴套分别用键联接固定在被联接两轴的轴端，两内齿圈的内齿与轴套上的外齿相啮合，其凸缘用螺栓联接，从而实现两轴的联接。

被联接两轴，可用一只齿轮联轴器直接联接，这种齿轮联轴器称为CL型，也可用两只齿轮联轴器并通过一中间轴实现联接，这种是CLZ型。

弹性联轴器具有能产生较大弹性变形和阻尼作用的弹性元件，因此除了能补偿两轴相对位移外，还能起到缓冲和吸振的作用。弹性元件所能储蓄的能量越多，则联轴器的缓冲能力愈强；弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大、则联轴器的减振能力愈好。这类联轴器目前应用很广，品种亦愈来愈多。

2.2.2安全联轴器

当过载时，安全联轴器中的联接元件将被剪断、分开或发生打滑，使联轴器的联接中断，从面防止机器的损坏。由于工作要求和防止过载的方法不同，安全联轴器可分为销钉式，弹簧滚珠式和摩擦式等。目前用的较多的是销钉式安全联轴器和摩擦安全联轴器。

销钉式安全联轴器是一种最简单的安全联轴器，在过载时，联接元件销钉被剪断，从而使传动中断，起到安全保护的作用。销钉用经过淬火的钢制成，以避免由于塑性变形而延长切断的时间。图2.7,2.8所示的为销钉式安全联轴器的结构形式，销钉和钢套装于联轴器的凸缘上。销钉式安全联轴器分为单剪和双剪两种。

摩擦安全联轴器是通过接合元件工作面间的摩擦力来传递钮矩，摩擦力则是依靠螺母的锁紧力来保证的．在正常工作状况下，摩擦力产生的力矩大于所需传递的扭矩，当过载时，摩擦片间发生滑动，而使从动轴停止转动，起到安全保护作用。

图2.9 就是摩擦安全联轴器的一种型式。工作时由主动轴带动轮盘6，链轮3夹在两摩擦片之间，摩擦片的压紧力由压板7，碟形弹簧4及调节螺母调节。如果传递的转矩不大于摩擦片与链轮之间摩擦力所能产生的极限转矩，链轮3 可通过双排滚子链2将转矩传给半联轴器链轮1（与被动轴联接），实现扭矩的传递。

2.2.3 特殊联轴器

用非机械方式直接联接的联轴器，如用液力传动、气压传动或电磁操纵的联轴器。液力联轴器又称液力藕合器，与其它普通联轴器相比．它能有效地控制机械过载，具有良好的缓冲作用及很多独特的优点。由于液力联轴器的工作介质是液体，因而能吸收或减少来自动力机械和外载荷变化的振动与冲击，使机械平稳启动，加速均匀。由于这一系列的优点，使得它在化工、造船、矿山、运输等许多工业部门中得到了越来越广泛的应用。

液力联轴器的外形象一条轮胎，它由主动轴1 ，从动轴2 ，转动外壳3 ，泵轮5 ，涡轮6 及密封7 等主要零部件构成。泵轮和涡轮一般对称布置，几何尺寸相同，两轮内设有许多径向辐射叶片4。液力联轴器结构如下图2.10所示。

液力联轴器中，充有工作油。当原动机通过主动轴带动泵轮旋转时，因离心力的作用，工作油在叶片的带动下由内侧（进口）流向外缘（出口），形成高压高速的液流，高压高速的液流冲击涡轮叶片，使涡轮跟着泵轮同向旋转。工作油在涡轮中，由外缘（进口）流向（内侧）出口的过程中减压减速，然后再流入泵轮的进口。不断地循环，把工作油的动能和压力能换成机械功，通过从动轴输出，带动工作机器。整个过程实现了从主动轴到从动轴的传动。

粉末联轴器主要由与主动轴相联的叶轮和与被动轴相联的外壳两大部分组成，叶轮和外壳之间充填粉末介质（d=6ram 钢球和红丹粉），如下图所示

从图2.11中我们可看出，主动件和被动件都是各自独立回转的零件，当主动轴回转时，将粉末介质带起而回转，转速升高后，由于离心力的作用，使粉末介质之间和介质和外壳之间的摩擦力随之增加，因而带动被动轴回转。

2.3 弹性联轴器

2.3.1 弹性联轴器的分类

橡胶弹性联轴器的种类很多，目前有下列不同的分类方法：

(1）按橡胶弹性元件受力情况采分，有：

压缩型，如弹性柱销式，圆柱块式，梯形块式等弹性联轴器，它们是将橡胶压制成各种形状的弹性元件装入主，从动金属件之间组成的。由于橡胶压缩弹性较小，因此压缩型联轴器的扭转刚度要比剪切-拉伸型大6-10倍，故又称为低弹性联轴器。

这类联轴器对降低变动扭矩，调节轴系扭转振动固有频率的作用不大，同时对补偿轴线偏移的效果也不明显，性能较差，故有逐渐被淘汰的危险。但是，它们应用历史悠久，结构简单，橡胶元件压制方便，造价低，更换容易，目前还广泛应用于很多场合。其中弹性圈联轴器在许多国家都有系列产品。例如我国为JB108-60,C42-1,B1101-66，FJ167-79等部标准和行业标准；俄罗斯为IOCT21424-75，日本为JISB1452-80等。

压缩-拉伸型。如多角橡胶联轴器等。

纯剪切型，如在主，从动法兰之间装有圆鼓形橡胶圈的弹性联轴器，主要用于电机驱动的泵，鼓风机等。 剪切-拉伸型，如单盘式，轮胎式，双皮碗式等弹性联轴器。

(2)按橡胶元件的构成来分，有：

纯橡胶元件，橡胶与金属粘接的组合件，橡胶织物元件，橡胶空气弹簧元件等。

(3）按橡胶胶料来分，有：

天然橡胶，合成橡胶（其中有丁睛胶，氯丁胶等）。

(4）按扭转弹性来分，有：

弹性和高弹性。

2.4 弹性联轴器简介

2.4.1 传统弹性联轴器

(1）弹性套柱销联轴器

弹性套柱销联轴器是使用最为广泛的联轴器，它是利用一端套有弹性套（橡胶材料）的柱销，装在两半联轴器凸缘孔中，以实现两半联轴器的连接传动。

弹性套柱销联轴器构造与凸缘联轴器相似，见下图2.12，只是用套有弹性套的柱销代替了联接螺纹，利用弹性套的弹性变形来补偿两轴的相对位移。

(2）轮胎联轴器轮胎联轴器用橡胶或橡胶织物制成轮胎状的弹性元件，两端用压板及螺钉分别压在两个半联轴器上。结构如下图2.13:

这种联轴器富有弹性，具有良好的消振能力，能有效地降低动载荷和补偿较大的轴向位移，而且绝缘性能好，运转时无噪声。缺点是径向尺寸较大；当转矩较大时，会因过大扭转变形而产生附加轴向载荷。为了便于装配，有时将轮胎开出径向切口，但这时承载能力要显著降低。

(3）梅花形弹性联轴器

梅花形弹性联轴器利用梅花形弹性元件置于两半联轴器凸爪之间以实现两半联轴器的联接，弹性件可根据使用要求选用不同硬度的聚氨酷橡胶、铸型尼龙等材料制造。图2.14为此联轴器结构图。

由上图我们可以看到，两半联轴器的结构尺寸相同，其端面各有若干个凸爪，依次嵌入梅花形弹性元件的圆形凸部之间，并通过它们之间的接触将扭矩从主动轴传递到从动轴。梅花形弹性联轴器的弹性元件，在单向传动时，只有一半的凸部承受载荷，起着传递载荷的作用。参与传递扭矩凸爪接触面上的载荷分布情况与接触部分的形状有关。

(4)膜片联轴器

膜片联轴器的典型结构如下图2.15所示。其弹性元件为一定数量的很薄的多边环形（或圆环形）金属膜片叠合而成的膜片组。在膜片的圆周上有若干个螺栓孔，用绞制孔用螺栓交错间隔与半联轴器相联接。

通常用膜片组来传递扭矩，靠膜片的弹性变形来补偿所连两轴的相对位移。由于膜片联轴器特殊的结构，联轴器上的弹性元件上的弧段分为交错受压缩和受拉伸的两部分，拉伸部分传递转矩，压缩部分趋向皱折。当机组存在轴向、径向和角位移时，金属膜片便产生波状变形。

2.4.2 新型弹性联轴器

(1）金属橡胶元件弹性联轴器

传统弹性套柱销联轴器具有一定的补偿两轴相对偏移和减振缓冲的性能，但由于普通橡胶较薄，变形有限，弹性和阻尼性能较弱，限制了在某些要求高弹性大阻尼环境以及高低温、强腐蚀条件下的使用。

金属橡胶是一种新型的阻尼材料，它是由金属丝经过螺旋成形、拉长、相互缠绕模压而成的。用它制成的弹性元件在受力变形时，内部金属丝的相对位移产生摩擦，从而耗散振动能量，具有阻尼效果，而且具有耐高低温、耐腐蚀、耐老化、强度高等优点，特别适合强振动及恶劣环境使用。

金属橡胶元件弹性联轴器就是用金属橡胶材料替换传统弹性轴器中原有的普通橡胶元件，由于其精刚度均优于原有橡胶材料，阻尼损耗因子随振幅的增大而显著增大，随着频率的增大其变化逐渐减缓（表明这种材料具有优良的减振特性）等原因，使金属橡胶元件弹性联轴器相对传统的弹性联轴器机械性能上有了很大的改善。

(2）飞轮联轴器

飞轮联轴器BOWEXFLE-PA、BOWEXELASTIC、MONOLASTIC等不仅在国外的著名工程机械厂家得到广泛应用，而且在国内的工程机械行业也已非常普及。其中BOWEXFLE-PA的典型应用是用来连接柴油机飞轮和液压油泵，由于该联轴器性价比高，安装简便等特点，被广泛使用在国内的混凝土拖泵，挖掘机、起重机、压路机、装载机等工程机械上。

BOWEX FLE-PA飞轮联轴器由加强尼龙法兰和轴套两部件组成．联轴器的尼龙法兰安装在柴油机飞轮上，轴套安装在液压泵轴上。尼龙法兰的内齿和轴套的外齿相互啮合，而轴套的内花键和液压泵的出轴的外花键轴相啮合，这样动力就从飞轮到尼龙法兰到钢轴套再传递到液压泵轴上。利用内外花键的啮合来传递动力非常可靠。

这种联轴器的轴套通常采用夹紧式设计，锁紧夹紧螺栓使轴套的内花键收缩，将轴套抱紧在液压泵的花键轴上，确保轴套运转时轴向不移动。由于内外花键无间隙抱紧，在任何工况下内外花键间都不存在撞击和磨损，从而使液压泵的花键轴永不磨损。

(3）简易的弹性联轴器

该联轴器结构如下图2.16所示，它是由一个弹性元件橡胶盘和两爪体式半联轴器三部分组成，半联轴器同传动轴配合联接，两半联轴器又通过螺栓与橡胶盘联接，也就是说两半联轴器的传动是靠橡胶盘来传递的。这里所用的橡胶盘可用废弃的4～5层的传送带自制，上面的4个孔用相应的胶皮钻钻出，目前这种简易联轴器可广泛使用在一些设备上。

2.5 橡胶弹性联轴器特点

橡胶弹性联轴器的一般特征是：

(2）相连接的两轴的轴心线对中要求可以降低，补偿轴线在运转中产生的偏移。

(3）安装橡胶弹性联轴器后，可使轴系具有良好的电气绝缘性能，可隔绝热传导，降低噪音：无需进行加油润滑等维修保养。

(4）结构简单，可采用小型弹性元件组成大扭矩弹性联轴器。

但是与余属弹簧联轴器相比，它的缺点是：耐油性耐热性差：在空气中易老化：由于制造时橡胶硬度偏差较大，负荷性能不稳定。

橡胶用于联轴器的历史还不长。近几十年来，人们进行了工业基础试验，理论研究和橡胶硫化过程以及胶料配方的研究，大大提高了它的强度，耐久性和阻尼减振性能，使橡胶弹性联轴器的使用范围和品种日趋扩大。

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