8.4.1 联轴器
联轴器一般由两个半联轴器构成,半联轴器分别与主动轴、从动轴用键联楼,再用螺栓将两个半联轴器联接起来(见图8.26)。 联轴器所联接的两轴,由于因制造和安装的误差、承载后的变形和温度变化,以及转动零件的不平衡和轴承的磨损等原因,都可能使两轴不能严格对中,而出现一定程度的相对位移或偏斜等误差。 因此,要求联轴器从结构上具有一定范围内补偿两轴间相对位置误差的性能,以避免机器运转时在轴、联轴器和轴承中引起附加载荷而导致出现振动,甚至损坏机器零件。
联轴器的类型很多,根据内部是否具有弹性元件,可分为刚性联轴器和弹性联轴器。
1)固定式刚性联轴器
固定式刚性联轴器将两轴刚性联接,不具有补偿两轴相对误差的能力。 为了减小由于两轴的相对偏移产生的附加载荷而影响传动性能和寿命,被联接的两轴应采用刚度大而且稳固的轴承,同时应使两轴的相对径向偏移小于0.05 mm,相对角度偏斜在0.05 mm/m 以内且适用于平稳载荷。
固定式刚性联轴器按其结构不同,可分为凸缘联轴器、套筒联轴器和夹壳联轴器等。 其中,凸缘联轴器的应用最为广泛。
凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器分别用键与两轴联接,然后用普通螺栓把两个半联轴器联成一体,靠联轴器两圆盘间的摩擦传递扭矩(见图8.26)。 凸缘联轴器的对中可用一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上的四槽相配合而对中(见图8.26(a)),也可采用配合螺栓对中(见图8.26(b)),靠螺栓承受剪切和挤压来传递扭矩。 凸缘联轴器结构简单,刚性好,使用方便,可传递较大扭矩。
图8.26 凸缘联轴器
2)可移式刚性联轴器
可移式刚性联轴器由于其元件之间的相对滑动,故可补偿两轴间的相对偏移。 但因无弹性元件,故不能缓冲、减振。 为了减轻滑动元件间的摩擦,应使联轴器的润滑良好。 可移式刚性联轴器的种类较多,如十字滑块联轴器、万向联轴器、齿轮联轴器、挠性爪联轴器等。 现仅以十字滑块联轴器和万向联轴器为例加以说明。
(1)十字滑块联轴器
如图8.27 所示,十字滑块联轴器由两个半联轴器1 与3 和十字滑块2 组成。 十字滑块两侧面相互垂直的凸榫分别嵌在两半联轴器的四槽中组成移动副。 联轴器工作时,十字滑块随两轴转动,利用其相对滑动来补偿两轴之间的偏移。 其所允许的偏角位移α≤30°和径向位移y≤0.04d (d 为轴的直径)。 因十字滑块偏心回转产生离心力,故不宜用于高速场合。 为了减少十字滑块相对移动时的磨损,提高其寿命和效率,需要对联轴器进行定期润滑。
(2)万向联轴器
万向联轴器由两个叉形接头1 与3、一个十字形接头2 和轴销4 与5 组成,如图8.28(a)所示。 万向联轴器允许两轴间有较大的角度偏斜,两轴夹角α 可达45°,但其主动轴、从动轴的角速度不同步,当主动轴以等角速度ω1 转动时,从动轴角速度ω2 将在一定范围内周期性变化,因而在传动中将引起附加动载荷。 为避免这种现象,常将两个万向联轴器联在一起成双使用(见图8.28(b))。 万向联轴器结构紧凑,维护方便,能补偿较大的综合位移,且传递转矩较大,故在汽车、机床等机械中应用广泛。 万向联轴器的结构形式很多,其中小型万向联轴器已标准化,设计时可按标准选用。
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图8.27 十字滑块联轴器
1,3—半联轴器;2—十字滑块
图8.28 万象联轴器
1,3—叉形接头;2—十字形接头;4,5—轴销
3)弹性联轴器
这类联轴器因装有弹性元件,不仅可补偿两轴之间的偏移,而且具有缓冲振动的能力,故弹性联轴器广泛用于正反转、启动频繁的场合。 弹性联轴器的类型很多,弹性元件的材料有金属和非金属两种。 采用金属弹性元件的弹性联轴器有蛇形弹簧联轴器、簧片联轴器等。 其特点是强度高、尺寸小而寿命较长。 采用非金属弹性元件的弹性联轴器有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、弹性柱销齿式联轴器及轮胎联轴器等。 其特点为质量小、价格较低、缓冲及减振性能较好。 但是,它的强度较低,承载能力较小,易老化,寿命较短。 下面仅介绍两种最常用的非金属弹性元件的联轴器。
(1)弹性套柱销联轴器
弹性套柱销联轴器的结构与凸缘联轴器相似,只是用套有弹性套的柱销代替了联接螺栓,如图8.29 所示。 弹性套的变形可补偿两轴的径向位移,并有缓冲和吸振作用。 允许轴向位移2 ～7.5 mm;径向位移为0.2 ～0.7 mm,角度位移为30′～1°30′。 该联轴器主要用于中小功率或较高转速的场合。
(2)弹性柱销联轴器
弹性柱销联轴器是用尼龙柱销将两个半联轴器联接起来,如图8.30 所示。 与弹性套柱销联轴器相比,弹性柱销联轴器的承载能力较大,但其适应转速较低、允许的误差偏移量也较小(轴向位移为0.5 ～3 mm,径向位移为0.15 ～0.25 mm,角度位移为30′)。 这种联轴器结构简单,柱销耐磨性好,维修方便,主要用于有正反转或启动频繁、对缓冲要求不高的场合。
图8.29 弹性套柱销联轴器
图8.30 弹性柱销联轴器