联轴器的选择.docx

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联轴器的选择

§10-1　联轴器

　　一、联轴器的功能与类型

　　1、联轴器功能

　　用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。

　　2、联轴器的类型

　　联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差，承载后的变形以及温度变化的影响等，会引起两轴相对位置的变化，往往不能保证严格的对中。

如图10-1所示。

　　　　　　　　　　（a）轴向位移x　　　　　　　　　　（b）径向位移y

　　　　　　　　　　（c）角位移α　　　　　　　　　　（d）综合位移x、y、α

图10-1　轴线的相对位移

　　根据联轴器有无弹性元件、对各种相对位移有无补偿能力，即能否在发生相对位移条件下保持联接功能以及联轴器的用途等，联轴器可分为刚性联轴器，挠性联轴器和安全联轴器。

联轴器的主要类型、特点及其在作用，详见表10-1。

表10-1联轴器类型

类别

在传动系统中的作用

备注

刚性联轴器

　只能传递运动和转矩，不具备其他功能

　包括凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等

挠性联轴器

　　无弹性元件的挠性联轴器，不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能

　　包括齿式联轴器、万向联轴器、链条联轴器、滑块联轴器等

　　有弹性元件的挠性联轴器，能传递运动和转矩；具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能；还具有不同程度的减振、缓冲作用，改善传动系统的工作性能

　　包括各种非金属弹性元件挠性联轴器和金属弹性元件挠性联轴器，各种弹性联轴器的结构不同，差异较大，在传动系统中的作用亦不尽相同

安全联轴器

　　传递运动和转矩，过载安全保护。

挠性安全联轴器还具有不同程度的补偿性能

　　包括销钉式、摩擦式、磁粉式、离心式、液压式等安全联轴器

二、常用联轴器

　　1、刚性联轴器

　　类型：

套筒式、夹壳式和凸缘式等。

本章只介绍较为常用的凸缘联轴器。

　　凸缘联轴器结构型式有两种：

（1）普通凸缘联轴器（图10-2a）：

用铰制孔螺栓来联接两个半联轴器，靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递转矩。

（2）对中榫凸缘联轴器（图10-2b）：

用普通孔螺栓来联接两个半联轴器，靠接合面的摩擦力来传递转矩。

一个半联轴器的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中。

　　为了运行安全，凸缘联轴器可作成带防护边的（图10-2c）。

　　图10-2d描述了凸缘联轴器的装配过程。

　　材料：

灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或锻钢。

　　特点：

构造简单、成本低、可传递较大转矩，但不能补偿两轴间的相对位移，对两轴对中性的要求很高。

适用于转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时的场合。

　　　　　　　　　（a）　　　　　　　　　　　　（b）　　　　　　　　　　　　　（c）

（d）

图10-2　凸缘联轴器

2、挠性联轴器

（1）无弹性元件的挠性联轴器

　　可补偿两轴的相对位移，但不能缓冲减振。

　　A、十字滑块联轴器

　　结构：

由两个半联轴器1、3和一个中间圆盘2所组成。

中间圆盘两端的凸块相互垂直，并分别与两半联轴器的凹槽相嵌合，凸块的中线通过圆盘中心（图10-3a、图10-3b）。

　　特点：

中间圆盘的凸块在半联轴器的凹槽内滑动，可以补偿两轴的相对位移。

对凹槽的和凸块的工作面的硬度要求较高，并需加润滑剂。

转速高时，易磨损，且附加载荷大，故宜用于低速的场合。

它允许的径向位称y

0.04d（d为轴径），角位移α

30°。

（a）

（b）

图10-3　十字滑块联轴器

B、齿轮联轴器

　　结构：

由两个具有外齿的半联轴器1、4和两个具有内齿的外壳2、3组成，外壳与半联轴器通过内、外齿的相互啮合而相联，如图10-4所示。

轮齿间留有较大的齿侧间隙，外齿轮的齿顶做成球面，球面中心位于轴线上，转矩靠啮合的齿轮传递。

　　特点：

能补偿两轴的综合位移。

能传递较大的转矩，但结构较复杂，制造较困难，在重型机器和起重设备中应用较广。

不适用于立轴。

图10-4　齿轮联轴器

　　C、万向联轴器

　　结构：

由两个分别固定在主、从动轴上的叉形接头1、2和一个十字形零件（称十字头）3组成。

叉形接头和十字头是铰接的，因此允许被联接两轴轴线夹角α很大（图10-5a）。

图10-5a　单万向联轴器结构简图

图10-5b　双万向联轴器结构简图

特点：

若两轴线不重合，即使主动轴等速转动，而从动轴仍将为周期性的变速转动。

双万向联器可避免这一缺点，但必须使主动轴与中间轴的夹角和从动轴与中间轴的夹角相等，且中间轴两端的叉形接头位于同一平面内时，其主、从动轴的角速度才相等（图10-5c、图10-5d），否则从动轴仍将为周期性的变速转动（图10-5e）。

能可靠的传递转矩和运动，结构紧凑，效率高，可用于相交轴间的联接，或有较大角位移的场合。

图10-5c　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图10-5d　　　　　　　

图10-5e

图10-6　双万向联轴器

（2）有弹性元件的挠性联轴器

　　这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振能力。

　　A、弹性圈柱销联轴器

　　结构：

结构与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性圈1的柱销2代替了联接螺栓（图10-7）。

　　特点：

结构简单，制造容易，不用润滑，弹性圈更换方便，具有一定的补偿两轴线相对偏移和减振、缓冲性能。

适用于经常正反转，起动频繁，转速较高的场合。

图10-7　弹性圈柱销联轴器（1－弹性圈；2－柱销）

　　B、尼龙柱销联轴器

　　结构：

可以看成为弹性圈柱销联轴器简化而成。

即采用尼龙柱销1代替弹性圈和金属柱销。

为了防止柱销滑出，在柱销两端配置挡圈2（图10-8）。

　　特点：

结构简单，安装、制造方便，耐久性好，也有吸振和补偿轴向位移的能力。

常用于轴向窜动量较大，经常正反转，起动频繁，转速较高的场合，可代替弹性圈柱销联轴器。

图10-8　尼龙柱销联轴器

3、其它联轴器

（1）剪切销安全联轴器

　　有单剪的和双剪的两种（图10-9），单剪的结构类似凸缘联轴器，用钢制销钉联接。

销钉装入经过淬火的两段钢制套管中，过载时即被剪断。

这类联轴器由于销钉材料机械性能的不稳定及制造尺寸误差等原因，致使联轴器工作精度不高，而且销钉剪断后，不能自动恢复工作能力，必须停车更换销钉。

但由于基结构简单，所以在很少过载的机器中常采用。

　　　　　　　　　　（a）单剪　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）双剪

图10-9　剪切销安全联轴器

（2）带制动轮单面鼓形齿联轴器

　　图11-10为带制动轮单面鼓形齿联轴器（为重载型结构）。

用螺栓3将半联轴器1、制动轮2及内齿圈4联接在一起。

采用循环冷却、润滑。

图10-10　带制动轮单面鼓形齿联轴器

（1－半联轴器；2－制动轮；3－螺栓；4－内齿圈；5－外齿半联轴器）

三、联轴器的选择

　　常用联轴器大多已标准化或规格化，一般情况下只须正确选择联轴器的类型、确定联轴器的型号及尺寸。

必要时，可对其易损的薄弱环节进行负荷能力的校核计算，转速高时，还应验算其外缘的离心应力和弹性元件的变形，进行平衡检验等。

　　1、联轴器类型的选择

　　选择联轴器类型时，应考虑：

（1）所需传递转矩的大小和性质、对缓冲、减振功能的要求以及时否可能发生共振等。

（2）由制造和装配误差、轴受载和热膨胀变形以及部件之间的相对运动等引起两轴轴线的相对位移程度。

　　（3）许用的外形尺寸和安装方法，为了便于装配、调整和维修所必需的操作空间。

对于大型的联轴器，应能在轴不需作轴向移动的条件下实现装拆。

　　此外，还应考虑工作环境、使用寿命以及润滑和密封和经济性等条件，再参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。

　　2、联轴器型号、尺寸的确定

　　对于已标准化和系列化的联轴器，选定合适类型后，可按转矩、轴直径和转速等确定联轴器的型号和结构尺寸。

　　联轴器的计算转矩：

　　　　　　　　　　　Tca=KAT

　　式中：

T为联轴器的名义转矩（N.m）；

　　　　　Tca为联轴器的计算转矩（N.m）；

　　　　　KA为工作情况系数，其值见表10-2（此系数也适用于离合器的选择）。

　　根据计算转矩、轴直径和转速等，由下面条件，可从有关手册中选取联轴器的型号和结构尺寸。

　　　　　　　　　　Tca

[T]

　　　　　　　　　　n

　　式中：

[T]为所选联轴器的许用转矩（N.m）；

　　　　　n为被联接轴的转速（r/min）；

为所选联轴器允许的最高转速（r/min）。

　　多数情况下，每一型号的联轴器适用的轴径均有一个范围。

标准中已给出轴径的最大与最小值，或者给出适用直径的尺寸系列，被联接的两轴应在此范围之内。

一般情况下，被联接的两轴的直径是不同的，两个轴端的形状也可能不同。

表11-2　工作情况系数KA

分类

工作情况及举例

电动机、汽轮机

四缸和四缸以上内燃机

双缸内燃机

单缸内燃机

Ⅰ

　转矩变化很小，如发电机、小型通风机、小型离心泵

1.3

1.5

1.8

2.2

Ⅱ

　转矩变化小，如透平压缩机、木工机床、运输机

1.5

1.7

2.0

2.4

Ⅲ

　转矩变化中等，如搅拌机、增压泵、有飞轮的压缩机、冲床

1.7

1.9

2.2

2.6

Ⅳ

　转矩变化和冲击载荷中等，如织布机、水泥搅拌机、拖拉机

1.9

2.1

2.4

2.8

Ⅴ

　转矩变化和冲击载荷大，如造纸机、挖掘机、起重机、碎石机

2.3

2.5

2.8

3.2

Ⅵ

　转矩变化大并有极强烈冲击载荷，如压延机、无飞轮的活塞泵、重型初轧机

3.1

3.3

3.6

4.0

　　四、联轴器的选择算例

　　例10-1　如图10-11所示，在电机与增压油泵用联轴器相联。

已知电机功率P＝7.5KW，转速n＝960r/min,电机伸出轴端的直径d1＝38mm，油泵轴的直径d2=42mm，选择联轴器型号。

　　解：

因为轴的转速较高，启动频繁，载荷有变化，宜选用缓冲性较好，同时具有可移性的弹性套柱销联轴器。

　　计算转矩

　　查表10-2得：

K＝1.7。

名义转矩

　　所以：

Tca=1.7*74.6=126.8N.m

　　查手册选用弹性套柱销联轴器

　　附：

TL6弹性套柱销联轴器的技术参数为

　　公称扭矩：

250N.m

　　许用转速：

＝3300r/min　（联轴器材料为铁）

＝3800r/min　（联轴器材料为钢）

　　轴孔直径：

＝32mm，

＝42mm。

图10-11　联轴器算例