联轴器和离合器

联轴器和离合器是连接不同机构中的两根轴,使之一起回转并传递转矩的一种部件。用联轴器连接的两根轴,只有机器停止运转后,经过拆卸才能分离,而用离合器连接的两根轴在运转过程中能随时根据需要接合或分离。

对联轴器与离合器的一般要求是:工作可靠,结构紧凑,调整容易,装拆方便,价格低廉。对离合器还要求操纵方便,接合或分离平稳。对连接高速轴的联轴器或离合器应力求径向尺寸小、质量轻,避免由于离心力过大或挠性变形过大导致失效。

常用的联轴器大多已标准化,离合器也有一些行业标准。在选择和计算联轴器和离合器时,传递的最大转矩应考虑启动时的惯性力矩以及过载等因素,根据计算转矩、轴径、转速,由手册或标准中选择型号、尺寸。

(一)联轴器

1.联轴器的作用

联轴器的作用是把主动轴和从动轴沿轴向连接起来并传递扭矩。

联轴器所连接的两轴,由于制造和安装误差、受载变形、温度变化和机座下沉等原因,可能产生轴线的径向、轴向、角向或综合偏移。因而,要求联轴器在传递转矩的同时,还应具有一定范围的补偿轴线偏移、缓冲吸振的能力。

2.联轴器常用类型

联轴器分为以下两类。

(1)刚性联轴器

刚性联轴器结构简单、制造容易、承载能力大、成本低,但没有补偿轴线偏移的能力,适用于载荷平稳、转速稳定、两轴对中良好的场合。

1)凸缘联轴器。如图2-45所示,凸缘联轴器由两个带有凸缘的半联轴器用螺栓连接而成。两半联轴器端面有定心止口,以保证两轴对中。凸缘联轴器结构简单,使用方便,对中精确,刚性好,传递转矩能力大,但要求安装准确。

2)夹壳联轴器。如图2-46所示,夹壳联轴器利用螺栓组将两个沿轴向剖分的夹壳夹紧(留有间隙c),靠摩擦力传递转矩,以实现两轴的连接。装拆方便,常用于低速、载荷平稳的场合。

图2-45 凸缘联轴器

图2-46 夹壳联轴器

3)套筒联轴器。如图2-47所示,套筒联轴器是用套筒把两根轴线重合的轴连接起来,轴与套筒用键或销固定。这种联轴器结构简单,径向尺寸小,制造成本低,但装拆不便,适用于两轴同轴度高、工作平稳、转速不高的场合。

图2-47 套筒联轴器

(2)挠性联轴器

挠性联轴器具有补偿轴线偏移的能力,适用于载荷和转速有变化及两轴有偏移的场合。可分为无弹性元件和有弹性元件两种。

1)齿式联轴器。齿式联轴器是一种允许轴线综合偏移的联轴器(图2-48)。由具有相同齿数的两个带内齿的外套和两个带外齿的轴套组成。两个轴套分别与主动轴和从动轴连接。两个外套用一组螺栓连接。其外廓尺寸紧凑、传递转矩大,但制造成本较高。适用于高速、重载、启动频繁和经常正反转的场合。

图2-48 齿式联轴器

2)滑块联轴器(图2-49)。滑块联轴器是利用中间滑块与两个半联轴器端面的径向槽配合实现两轴连接。滑块沿径向滑动补偿径向偏移Δy,并能补偿角偏移Δa。其结构简单、制造方便。但由于滑块偏心,工作时会产生较大的离心力,故只用于低速。

图2-49 滑块联轴器

3)滚子链联轴器(图2-50)。滚子链联轴器由两个同齿数的链轮式半联轴器和公共链条组成,利用链条与链轮的啮合实现两轴的连接。其质量轻、维护方便,可补偿综合偏移,适用于高温、潮湿及多尘场合,但不宜用于高速和启动频繁及竖直轴间的连接。

图2-50 滚子链联轴器

4)万向联轴器(图2-51)。为一种小型联轴器,由两个叉形零件和一个中间轴以及轴销等组成。由于叉与轴销之间构成可动铰链连接,因而允许被连接的两轴有较大的角偏移。这种联轴器结构紧凑,维护方便。

图2-51 万向联轴器

1—主动轴;2—十字轴;3—从动轴

5)弹性套柱销联轴器(图2-52)。弹性套柱销联轴器上有带有锥度的柱销固定于半联轴器上,柱销上套装的橡胶弹性套伸入半联轴器上的孔中,实现两轴连接。其制造、维修方便,适用于启动及换向频繁的高、中速轴的中、小转矩传动。

图2-52 弹性套柱销联轴器

6)弹性柱销联轴器(图2-53)。弹性柱销联轴器利用置于半联轴器凸缘孔中的尼龙柱销,实现两轴连接。固定在半联轴器端面的挡板是为了防止柱销外窜。适用于轴向窜动量较大、需正反转或启动频繁的传动。

图2-53 弹性柱销联轴器

7)轮胎联轴器(图2-54)。轮胎联轴器由橡胶或橡胶织物制成的轮胎形弹性元件,用压板和螺钉紧压在两半联轴器上,通过轮胎传递转矩。这种联轴器富有弹性,具有良好的消振能力,它适用于潮湿、多尘、冲击大、正反转多变以及两轴角偏斜较大的场合。

图2-54 轮胎联轴器

(二)离合器

1.离合器的作用

离合器的主要作用是:在动力机运转时用来接通或切断动力。

2.离合器的类型

离合器分为操纵离合器和自动离合器两大类。

(1)操纵离合器

操纵离合器是通过各种操纵方式使之接合或分离的离合器。其主要有啮合式和摩擦式两种,它们分别利用机械的啮合和工作表面的摩擦来传递转矩。

1)牙嵌式离合器。主要由端面带牙的两个半离合器组成,半离合器用平键与主动轴连接,另一半离合器用导向键与从动轴连接,并用滑环操纵离合器的分离与接合,对中环用来保证两轴不致发生歪斜。牙嵌式离合器的齿形有三角形、梯形和矩形等。三角形齿传递中、小转矩,梯形齿和矩形齿传递较大转矩。梯形齿有补偿磨损作用,冲击小,应用广泛。

2)摩擦式离合器。如图2-55所示为多片圆盘摩擦离合器,若增加摩擦片数目,能使离合器在径向尺寸和轴向压紧力都不增大的情况下,提高其传递转矩的能力。但摩擦片过多要影响分离动作的灵活性,故一般限制在10～15对以下。摩擦式离合器接合平稳,冲击与振动小,有过载保护作用。

图2-55 摩擦式离合器

(2)自动离合器

自动离合器利用离心力、弹力限定所传递转矩的数值,自动控制离合;或利用特殊的楔形效应,在正反转时自动控制离合。

1)牙嵌式安全离合器。如图2-56所示,端面带牙的离合器左半2和右半3,靠弹簧嵌合压紧以传递转矩。当从动轴上的载荷过大时,牙面上产生的轴向分力将超过弹簧的压力,而迫使离合器发生跳跃式滑动,使从动轴自动停转。调节螺母可改变弹簧压力,从而改变离合器传递转矩的大小。

2)离心离合器。图2-57为发动机上的离心离合器。当发动机启动后达到一定转速时,在离心惯性力的作用下,与主动轴相连接的闸瓦克服了弹簧的拉力,与装在从动轴上的离合器盘的内表面接触,带动从动轴自动进入转动状态。图示为自动接合式,还有一种是自动分离式,常用于安全装置。

图2-56 牙嵌式安全离合器

图2-57 离心离合器

图2-58 超越离合器

1—星轮;2—外圈;3—滚柱;4—弹簧

3)超越离合器。如图2-58所示,星轮和外环分别装在主动件或从动件上。星轮与外环间有楔形空间,内装滚柱。每个滚柱都被弹簧推杆以适当的推力推入楔形空腔的小端,且处于临界状态(即稍加外力便可楔紧或松开的状态)。星轮和外环都作顺时针回转时,根据相对运动关系,如外环转速小于星轮转速,则滚柱楔紧内、外接触面,外环与星轮接合。反之,滚柱与内、外接触面松开,外环与星轮分离。可见只有当星轮超过外环转速,才能起到传递转矩并一起回转的作用。