第2章 聯(lián)軸器概述
2.1 聯(lián)軸器的特點(diǎn)
聯(lián)軸器是一種用來(lái)連接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件的機(jī)械部件，并且能夠傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩的一種機(jī)械裝置，在傳遞過(guò)程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開也不改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向和扭矩大小，有些聯(lián)軸器還有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移和緩沖減振等功能。此外，有些聯(lián)軸器還可兼作防止傳動(dòng)軸系過(guò)載的安全裝置。
普通聯(lián)軸器是用來(lái)連接同一軸線上的兩軸，而萬(wàn)向聯(lián)軸器是用于連接兩相交軸或平行、交錯(cuò)的兩軸，它不但允許有較大的軸間夾角，而且允許軸間夾角在限定的范圍內(nèi)隨著工作需要而變動(dòng)。而且其傳遞的載荷范圍也非常廣闊，從數(shù)萬(wàn)牛頓．米至幾牛頓．米不等，它又有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，維修保養(yǎng)比較方便等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用較廣，常用于交通運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械、石油機(jī)械、重型機(jī)械和精密機(jī)械等。
2.2 彈性聯(lián)軸器
彈性聯(lián)軸器由于具有產(chǎn)生較大彈性形變和阻尼作用的彈性元件，因此除了能補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移外，還能起緩沖和吸振的作用。彈性聯(lián)軸器能適應(yīng)載荷的波動(dòng)，應(yīng)用較廣，類型也較多。聯(lián)軸器的緩沖和吸振性能主要與其剛度和阻尼有關(guān)。
彈性聯(lián)軸器的特點(diǎn)就是在兩個(gè)半聯(lián)軸器的連接中設(shè)置彈性元件。通過(guò)彈性元件的彈性變形來(lái)補(bǔ)償連軸軸線的相對(duì)位移。又因彈性元件能儲(chǔ)蓄機(jī)械功，故彈性聯(lián)軸器具有緩和沖擊、阻尼振動(dòng)的能力，彈性元件的需用變形功越大，則這種能力也越強(qiáng)。另外改變彈性元件的彈力常數(shù)能改變扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的自振頻率，從而防止扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的發(fā)生，彈性聯(lián)軸器還能改善軸和支撐的工作條件，減小聯(lián)軸器所受的瞬時(shí)過(guò)載，由于彈性聯(lián)軸器有這些特點(diǎn)故在受變載荷、啟動(dòng)頻繁、高速運(yùn)轉(zhuǎn)、經(jīng)常反向以及兩軸不便于嚴(yán)格對(duì)中的地方經(jīng)常采用。
彈性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度可表示為
C=
（2-1）
式中?Mt——聯(lián)軸器所受的扭矩kgf·cm；
θ——兩半聯(lián)軸器在扭矩作用下的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角rad
當(dāng)聯(lián)軸器受扭矩時(shí)，轉(zhuǎn)角與扭矩成正比關(guān)系（C為常數(shù)）的聯(lián)軸器，稱為定剛度聯(lián)軸器；不成正比關(guān)系（C為變數(shù)）的稱為變剛度聯(lián)軸器。定剛度彈性聯(lián)軸器可用于載荷變化不大的機(jī)器連接，剛度隨扭轉(zhuǎn)角增加而增加的變剛度聯(lián)軸器時(shí)用于載荷變化較大或有共振可能的軸系，以避免共振。
彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維護(hù)方便，從而使它的應(yīng)用日益廣泛：彈性聯(lián)軸器的彈性元件分為金屬?gòu)椈墒胶头墙饘購(gòu)椈墒�。非金屬�(gòu)椥栽话阌孟鹉z、尼龍、皮革等制成，均為變剛度的，內(nèi)摩擦大，重量輕，單位體積材料儲(chǔ)存的變形能大，阻尼性能好，不需潤(rùn)滑。但橡膠強(qiáng)度低，易蠕變，耐油耐熱性差，故聯(lián)軸器發(fā)生劇烈振動(dòng)時(shí)要注意溫升。橡膠彈性元件承受變載荷時(shí)，宜預(yù)緊，避免反向應(yīng)力，尼龍制的彈性元件強(qiáng)度比較好，比橡膠耐磨，彈性模量也比橡膠大得多，使用溫度范圍為-20到-70℃。
2.3 高彈性聯(lián)軸器
高彈性聯(lián)軸器的彈性元件為橡膠組合環(huán)，它是由橡膠彈性環(huán)硫化在兩個(gè)金屬盤上制成。橡膠彈性環(huán)一般成對(duì)配置，為了增加橡膠彈性環(huán)與金屬盤的粘結(jié)面積，把兩者的接觸面設(shè)計(jì)成錐形，再加上裝配是的預(yù)壓縮變形產(chǎn)生的與壓應(yīng)力，從而提高了聯(lián)軸器的承載能力和可靠性。對(duì)于較大功率的傳動(dòng)，可采用多列橡膠環(huán)。
高彈性橡膠聯(lián)軸器的橡膠組合環(huán)與連接盤、連接凸緣用螺栓連接在一起，一對(duì)像膠組合環(huán)之間設(shè)有內(nèi)外限制盤，構(gòu)成聯(lián)軸器的整體。把聯(lián)軸器兩側(cè)的連接法蘭與軸上套裝的輪轂法蘭相連即可用于傳遞扭矩。這種聯(lián)軸器具有高的彈性和良好的減震性能，無(wú)相對(duì)摩擦，不需潤(rùn)滑，適用于潮濕、多塵、沖擊較大的兩軸連接。
高彈性橡膠聯(lián)軸器能補(bǔ)償軸線間較大的綜合位移，按不同的規(guī)格，許用徑向位移△y=1.2～6.2mm，許用軸向位移△x=0.7～3.5mm，許用角位移△α=3.2°，被連接兩軸的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角θ≤10°，瞬時(shí)最大扭矩時(shí)為θ≤25°，高彈性橡膠聯(lián)軸器傳遞的扭矩與扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系
式中?Dm2——橡膠環(huán)的平均外徑cm,
Dm2——橡膠環(huán)的平均內(nèi)徑cm,
Lm2——橡膠環(huán)平均外徑出的外緣寬度cm,
G——為橡膠的切變模量kgf/cm2,z為橡膠環(huán)的數(shù)目。
橡膠環(huán)的扭剪應(yīng)力
2.4??聯(lián)軸器的選擇
目前聯(lián)軸器種類繁多，性能各異。根據(jù)不同的原則可以由不同的分類。一般可分為剛性和彈性兩大類。剛性聯(lián)軸器中又有固定式和可移式兩種不同的聯(lián)軸器。彈性聯(lián)軸器根據(jù)彈性元件的不同可分為金屬?gòu)椥栽?lián)軸器和非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器兩種類型。不同結(jié)構(gòu)和材料的聯(lián)軸器的承載能力差別很大。以傳遞動(dòng)力為主的聯(lián)軸器與以傳遞或控制運(yùn)動(dòng)為主的聯(lián)軸器顯然不同。不同類型的聯(lián)軸器適應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍亦不一樣。由于制造和安裝誤差，運(yùn)轉(zhuǎn)中軸承磨損和基礎(chǔ)下沉，工作時(shí)受載變形和熱變形等各種原因，聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸難免發(fā)生相對(duì)位移。通常，聯(lián)軸器補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移有兩種方式，一種是借助聯(lián)軸器中相對(duì)可動(dòng)元件，使兩半聯(lián)軸器發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)：另一種是在聯(lián)軸器中安置彈性元件，借助此元件的彈性變形，使兩半聯(lián)軸器發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第一種補(bǔ)償方式，由于有滑動(dòng)摩擦，引起磨損、摩擦發(fā)熱和功率損耗，需要定期潤(rùn)滑和維護(hù)。這類聯(lián)軸器工作性能在很大程度上與其潤(rùn)滑和維護(hù)條件有關(guān)。第二種補(bǔ)償方式，可以避免摩擦，因而沒(méi)有磨損，也不要潤(rùn)滑和經(jīng)常維護(hù)，但這類聯(lián)軸器補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的能力較差。
聯(lián)軸器的選用一般是根據(jù)工作條件，原動(dòng)機(jī)及工作機(jī)械的特性確定聯(lián)軸器的合適類型。選用聯(lián)軸器是要考慮傳遞扭矩的大小，載荷有否沖擊、循環(huán)及共振可能性等；還須考慮連軸器的制造誤差、裝配引起的誤差、軸受載荷和受熱膨脹后的變形，以及部件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)等原因引起的兩軸軸線的相對(duì)位移大小。
選擇聯(lián)軸器的類型時(shí)，還應(yīng)考慮工作環(huán)境的影響。例如溫度、濕度及腐蝕性介質(zhì)等。油、溶劑、陽(yáng)光和溫度對(duì)含有橡膠彈性元件的聯(lián)軸器影響較大，容易引起橡膠老化而改變其物理性能和機(jī)械性能。此外還應(yīng)注意選用有潤(rùn)滑的聯(lián)軸器因漏油而污染環(huán)境或產(chǎn)品，以及對(duì)聯(lián)軸器降低噪音和保證安全的要求。
此外，還應(yīng)考慮聯(lián)軸器的外形尺寸和安裝方法，使聯(lián)軸器能適應(yīng)工作環(huán)境，裝配、挑戰(zhàn)和維修能適應(yīng)給定的操作空間。應(yīng)能在軸不需作軸向移動(dòng)的條件下，裝拆大型聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的類型選定后，就可以根據(jù)軸的直徑、扭矩和轉(zhuǎn)速確定聯(lián)軸器的型號(hào)和結(jié)構(gòu)尺寸。必要時(shí)要進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)關(guān)鍵的零部件進(jìn)行驗(yàn)算（如轉(zhuǎn)速高適應(yīng)驗(yàn)算輪轂外緣的離心應(yīng)力，并需進(jìn)行平衡檢驗(yàn)，如是彈性聯(lián)軸器應(yīng)計(jì)算單性元件的變形）。大部分的聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可以參照有關(guān)手冊(cè)查閱和選用。有時(shí)可根據(jù)工作要求，參照詳盡聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)自行設(shè)計(jì)，決定聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和尺寸。
選擇聯(lián)軸器時(shí)，聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩應(yīng)取機(jī)械不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)載荷及過(guò)載時(shí)的最大扭矩。如最大扭矩能精確求出時(shí)，則此最大扭矩就可作為聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩，而最大扭矩不能精確求得時(shí)，聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩可按下式確定
Mtj=KMt （2-4）
式中 Mtj——計(jì)算扭矩，kgf·m
K——工作情況系數(shù)，其值見表2.1
Mt——聯(lián)軸器需傳遞的扭矩，kgf·m
表2.1 工作機(jī)械的工作情況系數(shù)
| 原動(dòng)機(jī) |
工作機(jī)械 |
K |
| 電動(dòng)機(jī) |
皮帶運(yùn)輸機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)
鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)，刮板運(yùn)輸機(jī)，螺旋運(yùn)輸機(jī)，離心泵，攪拌機(jī)等
往復(fù)式泵，往復(fù)式壓縮機(jī)，球磨機(jī)，破碎機(jī)，沖剪機(jī)等
起重機(jī)，升降機(jī)等 |
1.25~1.5
1.5~2.0
2.0~3.0
3.0~4.0 |
渦輪機(jī)
往復(fù)式
發(fā)動(dòng)機(jī) |
發(fā)電機(jī)，離心泵，鼓風(fēng)機(jī)等
發(fā)電機(jī)等
離心泵等
往復(fù)式工作機(jī)（如壓縮機(jī)） |
1.2~1.5
1.5~2.0
3~4
4~5 |
從表2.1中可知，機(jī)器的工作愈不平穩(wěn)，K值就愈大。應(yīng)特別注意表中給出的K值有比較大的變化范圍，一般對(duì)剛性固定式聯(lián)軸器、剛性可移式聯(lián)軸器選用表中較大的K值，彈性聯(lián)軸器選用表中較小的K值，工作機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，載荷平穩(wěn)時(shí)，取較小的K值，對(duì)于安全聯(lián)軸器則選用最小的K值。
2.5 聯(lián)軸器的工作情況
大功率柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不均勻性對(duì)傳動(dòng)裝置的工作可靠性和壽命有重大影響。對(duì)多缸柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，由于以下四方面原因的存在：
(l）柴油機(jī)氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力所產(chǎn)生的激振力矩是脈沖式周期變化的；
(2）柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量及慣性所產(chǎn)生的激振力矩是周期變化的；
(3）接受功率部件所吸收的轉(zhuǎn)矩不是定值而產(chǎn)生的激振力矩是隨機(jī)變化的；
(4)各缸功率不均衡偏差的客觀存及其分布的隨機(jī)性導(dǎo)致柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生隨機(jī)波動(dòng)性等，致使柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不均勻性不可避免。
為了改善傳動(dòng)裝置的工作條件、延長(zhǎng)其使用壽命，一般在柴油機(jī)與傳動(dòng)裝置之間安裝具有減振性能的彈性聯(lián)軸器，從而達(dá)到有效衰減柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不均勻性。但是，具有某一定值彈性的聯(lián)軸器，并不是在任意的變扭矩作用下都能產(chǎn)生減振的效果，有時(shí)反而會(huì)引起更強(qiáng)烈的振動(dòng)。其原因不在于此聯(lián)軸器剛度的大小。只有聯(lián)軸器的剛度與整個(gè)傳動(dòng)軸系的其他參數(shù)和在和協(xié)調(diào)時(shí)，才能產(chǎn)生減振效果。
聯(lián)軸器的彈性元件采用剪切型橡膠元件，該橡膠元件的彈性高，外形尺寸大，適用于對(duì)減振和緩沖要求較高的傳動(dòng)。聯(lián)軸器受到來(lái)自柴油機(jī)的不均勻的輸出轉(zhuǎn)矩以及萬(wàn)向節(jié)所傳遞的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，使聯(lián)軸器兩軸存在相對(duì)徑向位移，引起一定數(shù)量的徑向附加載荷和軸向附加載荷，從而導(dǎo)致彈性原件的失效。如果徑向位移過(guò)大，不僅對(duì)彈性聯(lián)軸器會(huì)造成影響，還將使萬(wàn)向軸和軸承承受很大的附加徑向載荷；產(chǎn)生振動(dòng)，噪聲等不良影響。
2.6 本章小結(jié)
聯(lián)軸器是一種用來(lái)連接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件的機(jī)械部件，并且能夠傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩的一種機(jī)械裝置，在傳遞過(guò)程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開也不改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向和扭矩大小，有些聯(lián)軸器還有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移和緩沖減振等功能。本章通過(guò)對(duì)聯(lián)軸器的系統(tǒng)介紹，基本了解了普通聯(lián)軸器以及彈性聯(lián)軸器的特點(diǎn)及所用場(chǎng)合。了解聯(lián)軸器的選用標(biāo)準(zhǔn)和方法，同時(shí)還分析了的聯(lián)軸器的工作情況。聯(lián)軸器受到來(lái)自柴油機(jī)的不均勻的輸出轉(zhuǎn)矩以及萬(wàn)向節(jié)所傳遞的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，使聯(lián)軸器兩軸之間產(chǎn)生相對(duì)位移，引起一定數(shù)量的徑向附加載荷和軸向附加載荷，從而導(dǎo)致彈性元件的失效。
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