联轴器类型分类与应用场景

联轴器的类型很多，根据内部是否包含弹性元件，可分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。刚性联轴器根据其结构特点，可分为固定式与可移式两类；弹性联轴器因有弹性元件，故可缓冲减振，也可在不同程度上补偿两轴间的偏移。下面分别予以介绍。

（1）固定式刚性联轴器

固定式刚性联轴器是由刚性传力元件组成的。其联轴器零件间不能有相对运动，因此，没有补偿两轴相对位移的能力，不具有缓冲性，但可传递较大的转矩。刚性联轴器要求两轴有较大的刚度和准确安装，否则安装后或工作中的变形将使轴和轴承产生附加载荷。因此，固定式刚性联轴器主要适用于两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的场合。常用的固定式刚性联轴器有套筒联轴器和凸缘联轴器等。

1）套筒式联轴器

这是一类最简单的联轴器，如图13.3 所示。这种联轴器是一个圆柱形套筒，用联接零件（键或销）与两轴相联接并传递扭矩。图13.3（a）中的螺钉用作轴向固定，图13.3（b）中的推销当轴超载时会被剪断，可起到安全保护的作用。此种联轴器没有标准，需要自行设计，一般用于载荷不大、工作平稳、两轴的对中性好且要求径向尺寸紧凑或空间受限制的场合。

图13.3　套筒联轴器

2）凸缘联轴器

刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器，如图13.4 所示。它是用螺栓联接两个半联轴器的凸缘，以实现两轴联接的。凸缘联轴器有两种结构形式：一种是有对中榫的凸缘联轴器，靠两半联轴器的凸肩和凹槽来实现两轴对中（见图13.4（b）），联接两个半联轴器时用普通螺栓联接，此时螺栓杆与钉孔壁间存在间隙，装配时须拧紧螺栓，转矩靠半联轴器接合面的摩擦力矩来传递，装拆时轴需作轴向移动；另一种是靠铰制孔用螺栓来实现两轴对中，装拆时轴不需作轴向移动，故装拆较前一种方便，如图13.4（c）所示。

凸缘联轴器结构简单，能传递较大的转矩，但被联接的两轴必须严格对中，不能缓冲和吸振，一般用于转矩较大，两轴能很好对中以及冲击较小的场合。

图13.4　凸缘联轴器

（2）可移式刚性联轴器

可移式刚性联轴器利用自身具有相对可动的元件或间隙，允许相联两轴间存在一定的相对位移，故具有一定的位移补偿能力，但不能缓和冲击、减小振动。这类联轴器适用于调整和运转时很难达到两轴完全对中或要达到精确对中所花费用过高的场合。

常用的可移动式刚性联轴器有十字滑块联轴器、齿轮联轴器和万向联轴器等。

1）十字滑块联轴器

如图13.5 所示，十字滑块联轴器是由两个端面开有凹槽的半联轴器1、3 和一个两面都有凸榫的圆盘2 组成。圆盘2 的两凸榫的中线相互垂直并通过圆盘中心，两个半联轴器分别与主、从动轴联接在一起。当轴转动时，如两轴有相对径向偏移，圆盘上的两凸榫可在两半联轴器的凹槽中来回滑动。由于中间圆盘作偏心转动将产生离心力，为了避免离心力过大，尽量减小圆盘的质量，因此，常将圆盘制成空心式。为了防止圆盘凸榫和半联轴器凹槽过早磨损，除应使工作表面具有足够的硬度外，还应注意润滑。

滑块联轴器允许的径向位移y<0.04d（d 为轴的直径）和角位移α≤30′。当两轴不同心且转速较高时，滑块的偏心会产生较大的离心力，给轴和轴承带来附加动载荷，并引起磨损，故只适用于低速，一般不超过300 r/min。

图13.5　十字滑块联轴器

1，3—半联轴器；2—圆盘

2）齿轮联轴器

如图13.6 所示，齿轮联轴器是由两个带内齿的外套筒3、4 和两个带外齿的内套筒1、2 组成。套筒与轴相联，两个外套筒用螺栓5 联成一体。工作时，靠啮合的轮齿传递扭矩。为了减少轮齿的磨损和相对移动时的摩擦阻力，在壳内储有润滑油，为防止润滑油泄漏，内外套筒之间设有密封圈。齿轮联轴器能补偿适量的综合位移，由于轮齿间留有较大的间隙和外齿轮的齿顶制成椭球形，能补偿两轴的不同心和偏斜，允许角位移在30′以下。若将外齿做成鼓形齿，角位移可达3°。通常，轮齿采用压力角为20°的渐开线齿廓。

图13.6　齿轮联轴器

1，2—内套筒；3，4—外套筒；5—螺栓

齿轮联轴器具有良好的补偿两轴偏移的能力，传递转矩的能力比同尺寸的其他联轴器大得多，故在重型机械中应用很广。但其结构复杂、笨重，制造成本高。

3）万向联轴器

如图13.7 所示为万向联轴器。它由分别安装在两轴端的叉轴1、2 与一个十字轴3 组成。它们以铰链形式联接起来，十字轴的中心与两个叉轴的轴线交于一点，两轴线所夹的锐角为α。由于两个叉轴能绕各自固定轴线回转，因此，这种联轴器可在较大的角位移下工作，通常偏斜角α 可达35°～45°。(www.xing528.com)

图13.7　十字轴万向联轴器示意图

1，3—叉轴；2—十字轴

对于单个十字轴万向联轴器，虽然其主动叉轴1 回转一周，从动叉轴3 也回转一周，但因存在α 角，两叉轴的角速度并不时时相等。当主动叉轴1 作等角速度回转时，从动叉轴3 将作不等角速度回转。由于两轴的瞬时传动比不能保持恒定，因而引起附加动载荷。叉轴3 转动时角速度ω3 的变化与两轴夹角α 有关。当叉轴1 以等角速度ω1 转动时，叉轴3 的角速度ω3 的变化范围为

由上式可知，两轴的夹角α 越大，ω3 变化也越大，产生的动载荷也越大。

由于单个万向联轴器存在着上述缺点，因此，在机器中很少单个使用。实际上，常采用双万向联轴器，即由两个单万向联轴器串接而成，因此，安装双万向联轴器时，如要使主、从动轴的角速度相等，必须满足两个条件：

①主动轴、从动轴与中间件的夹角必须相等，即α1=α2。

②中间件两端的叉面必须位于同一平面内（见图13.8）。

图13.8　双万向联轴器的安装

万向联轴器适用于有大角向偏移的两轴之间的联接，而且在运转过程中可随时改变两轴的轴间角，故广泛应用于汽车、机床等机械中。

（3）弹性联轴器

弹性联轴器中因装有弹性零件，故不仅可补偿两轴的线位移和角位移，而且具有缓冲和吸振的能力。它适用于受变载荷、频繁启动、经常正反向转动以及两轴不便于严格对中的场合。常用的弹性联轴器有弹性柱销联轴器、弹性套柱销联轴器和轮胎式联轴器等。

1）弹性柱销联轴器

弹性柱销联轴器也称尼龙柱销联轴器，如图13.9 所示。它是将若干非金属材料制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中，以实现两轴的联接。柱销通常由尼龙制成，而尼龙具有一定的弹性和较好的耐磨性，这种联轴器的结构简单，制造、安装和维修方便，可补偿两轴的偏移，有吸振和缓冲的作用。它适用于轴向串动较大、冲击不大，经常正反转的中、低速，以及较大转矩的传动轴系。为防止柱销滑出，在柱销两端配置挡板。装配挡板时，应注意留出间隙。但尼龙对温度较敏感，一般在-20～60 ℃的环境温度下工作。

图13.9　弹性柱销联轴器

1，5—半联轴器；2，4—挡板；3—弹性圆柱销

2）弹性套柱销联轴器

如图13.10 所示，弹性套柱销联轴器的结构与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性圈的柱销代替了联接螺栓。

图13.10　弹性套柱销联轴器图

弹性套的变形可补偿两轴线的径向位移和角位移，并且有缓冲和吸振作用。半联轴器的材料可用HT200，有时也用35 钢或ZG270-500；柱销材料多用35 钢。这种联轴器结构简单、容易制造、装拆方便、成本较低，但弹性套容易磨损，寿命较短。它适用于经常正反转、启动频繁、载荷平稳的高速运动中。例如，电动机与减速器（或其他装置）之间就常使用这类联轴器。

3）轮胎式联轴器

如图13.11 所示为轮胎式联轴器。它由两半联轴器1 和5、螺栓2、橡胶元件3 等组成。橡胶元件3 呈轮胎状，且与金属板黏在一起，装配时用螺栓直接与两半联轴器1、5 联接。这种联轴器有很高的柔度，阻力大，补偿两轴的相对位移大，且结构简单，易装配，但承载能力不高，外形尺寸较大。

图13.11　轮胎式联轴器

1，5—两半联轴器；2—螺栓；3—橡胶元件；4—轮胎体