第五節　聯軸器與離合器

聯軸器與離合器都是用來聯結兩軸，使其共同旋轉并傳遞扭矩和運動的裝置。聯軸器只能在機器停止運轉后才能將兩軸接合或分離；離合器在機器運轉過程中可隨時將兩軸接合或分離。

一、聯軸器

聯軸器是一種聯結不同機構的兩軸——主動軸和從動軸，動力設備借助于聯軸器與工作機械相聯結，使之共同旋轉以達到傳遞扭矩的機械裝置。機器運轉時兩軸不能分離，只有機器停止運轉并將聯結拆開后，兩軸才能分離。在高速重載的動力傳動中，有些聯軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態性能的作用。

聯軸器種類繁多，按照被聯結兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為固定式聯軸器和可移式聯軸器。為緩沖、吸振可在聯軸器中設置彈性元件，有彈性元件的聯軸器稱為彈性聯軸器，無彈性元件的聯軸器稱為剛性聯軸器。彈性聯軸器可補償兩軸的偏移。

（一）固定式剛性聯軸器

固定式剛性聯軸器的兩軸瞬時轉速相同，且結構簡單、成本低廉，但不能補償兩軸線的偏移。主要用于兩軸要求嚴格對中，并在工作中不發生相對偏移的地方。

1.凸緣聯軸器

凸緣聯軸器是最常見的固定式聯軸器，凸緣聯軸器由兩個帶有凸緣的半聯軸器和聯結螺栓組成。兩個帶有凸緣的半聯軸器，用鍵分別與兩軸相連，再用螺栓把兩個半聯軸器連成一體，無緩沖，如圖1-51（a）所示。

凸緣聯軸器結構簡單，工作可靠，拆裝方便，剛性好，傳遞轉矩大，在轉速低、無沖擊、軸的剛性大、對中性較好的場合應用較廣。它的對中方法有兩種，一種是用配合聯結螺栓對中，并依靠螺栓的抗剪切能力傳遞扭矩，該方法拆裝方便，卸下螺栓即可分離，如圖1-51（b）所示；另一種是用半聯軸器的凸、凹柱面對中，依靠兩半聯軸器結合面上摩擦力傳遞扭矩，對中精度高，但兩軸分離時必須移動軸，如圖1-51（c）所示。

2.套筒聯軸器

套筒聯軸器由聯結兩軸軸端的套筒和聯結套筒與軸的聯結零件（鍵或銷釘）所組成，如圖1-52所示。

套筒聯軸器結構簡單，徑向尺寸小，成本低廉，便于裝卸與維護，可以一定程度上起安全保護作用。要求在兩軸嚴格對中情況下使用，通常用于工作平穩、輕載、低速、經常正反轉的場合。

（二）可移式剛性聯軸器

可移式剛性聯軸器主要用于兩軸存在一定的偏斜，或在工作中有相對位移的地方，但補償位移的方法是剛性的。可移式剛性聯軸器利用自身具有相對可動的元件或間隙，允許兩軸存在一定的偏斜或在工作中有相對位移，不致軸系零件承受很大的附加載荷。

1.十字滑塊聯軸器

十字滑塊聯軸器由兩個在端面上開有凹槽的半聯軸器1、3和一個兩面帶有凸牙的中間盤2所組成，如圖1-53所示。凸牙可在凹槽中滑動，故可補償安裝及運轉時兩軸間的相對位移。一般運用于傳遞轉矩大、轉速小于250r/min、兩軸線間有徑向偏移、無劇烈沖擊的兩軸聯結。

2.十字軸式萬向聯軸器

十字軸式萬向聯軸器由兩個叉形接頭、一個十字形中間聯結件等組成，如圖1-54所示。屬于一個可動的聯結，這種聯軸器可以允許兩軸間有較大的夾角（夾角α最大可達35°～45°），而且在機器運轉時，夾角發生改變仍可正常傳動；但當過大時，傳動效率會顯著降低。

十字軸式萬向聯軸器的缺點是，當主動軸角速度ω1為常數時，從動軸的角速度并不是常數，而是在一定范圍內變化，因而在傳動中將產生附加動載荷。為了改善這種情況，常將十字軸式萬向聯軸器成對使用，但應注意安裝時必須保證主動軸、從動軸與中間軸之間的夾角相等，并且中間軸兩端的叉形接頭應在同一平面內，只有這種雙萬向聯軸器才可以使主、從動軸同步轉動。

十字軸式萬向聯軸器結構緊湊、維護方便，廣泛應用于汽車、多頭鉆床等機器的傳動系統，養路機械中也有應用。

（三）彈性聯軸器

彈性聯軸器不僅可以補償兩軸間的相對位移，還可降低對聯軸器安裝的精度要求，更重要的是能夠緩和沖擊，改變軸系的自振頻率，避免發生更大的振動。

1.彈性圈柱銷聯軸器

彈性圈柱銷聯軸器的構造與凸緣聯軸器相似，只是用套有彈性套的柱銷代替了聯結螺栓，如圖1-55所示。因為通過蛹狀的彈性套傳遞轉矩，依靠其彈性變形不僅能緩沖減振，還能補償兩軸間的相對位移。安裝時，應在兩個半聯軸器之間留出一定間隙，以便給兩個半聯軸器留出足夠的相對偏移量。彈性套的材料常用耐油橡膠，并作成截面形狀如圖1-55（b）中網紋部分，以提高其彈性。

彈性圈柱銷聯軸器結構簡單、裝拆方便，成本較低，適用于轉速較高、有振動、需正反轉和啟動頻繁的場合。

2.彈性柱銷聯軸器

彈性柱銷聯軸器的結構如圖1-56所示，工作時主動軸轉矩通過兩半聯軸器及中間的尼龍柱銷而傳給從動軸。為了防止柱銷脫落，在半聯軸器的外側，用螺釘固定了擋板。其特點和應用情況與彈性圈柱銷聯軸器相似，但傳遞轉矩的能力很大，結構更為簡單，安裝、維修方便，耐久性好，也有一定的緩沖和吸振能力，允許被聯結兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移，但這種聯軸器的補償量不大，一般多用于輕載的傳動中。由于尼龍柱銷對溫度較敏感，故使用溫度限制在-20℃～+70℃范圍內。

二、離合器

離合器用來聯結兩根軸，傳遞運動和轉矩，在機器運轉時，可根據需要使兩軸隨時接合或分離，所以對離合器的基本要求是：工作可靠，接合平穩無沖擊，分離迅速、徹底，動作準確、可靠；操縱方便省力，調整維修方便；外廓尺寸小，重量輕，慣性?。唤雍显湍バ愿?，散熱條件好，使用壽命長。

離合器的類型很多，按工作原理的不同可分為牙嵌式和摩擦式兩大類。

（一）牙嵌式離合器

牙嵌式離合器由兩個端面帶齒的半離合器組成，依靠兩個半離合器接觸端的凸牙和凹槽相互嵌合來傳遞轉矩，如圖1-57所示。一個半離合器1用平鍵固定在主動軸上，另一個半離合器3用導向平鍵或花鍵與從動軸聯結，工作時，通過操縱桿移動滑環4，推動移動半離合器3沿軸向移動，使兩個半離合器的牙面嵌入或分開，以實現接合或分離。在固定半離合器1中用螺釘固定一個導向環2，以保證兩個半離合器對中。

牙嵌式離合器常用的牙型有三角形、矩形、梯形、鋸齒形等。三角形、矩形、梯形牙都可以作雙向工作，而鋸齒形牙只能單向工作，如圖1-58所示。三角形牙接合、分離容易，但牙的強度較弱，用于傳遞小轉矩的低速離合器。矩形牙無軸向分力，但結合與分離不便，且磨損后無法補償，所以很少使用。梯形牙強度高，能傳遞較大轉矩，且能自動補償牙的磨損和牙側間隙，從而減少接合時的沖擊，所以應用較廣。鋸齒形牙強度最高，但只能傳遞單向轉矩。

牙嵌式離合器結構簡單、尺寸較小、能傳遞較大轉矩，主、從動軸可同步轉動，但接合時有沖擊，一般在靜止或轉速較低情況下結合。

（二）圓盤摩擦片離合器

圓盤摩擦片離合器是摩擦式離合器中應用最廣的一種，分為單片式和多片式。

1.單片式摩擦離合器

單片式摩擦離合器由兩個半離合器1、2組成，如圖1-59所示。工作時兩個半離合器相互壓緊，依靠接觸面產生的摩擦力來傳遞轉矩。半離合器1用平鍵固定在主動軸上，另一個半離合器2用導向平鍵或花鍵安裝在從動軸上，工作時通過操縱桿和滑環3推動半離合器2在從動軸上移動，從而實現接合或分離。

單片式摩擦離合器結構簡單，在任何不同轉速條件下，兩軸都可以隨時接合或分離，摩擦面之間的接合過程較為平穩，沖擊振動較??；而且過載時摩擦面之間打滑，可防止其他零件損壞，起到安全保護作用。但單片式摩擦離合器徑向尺寸較大，工作中要產生滑動摩擦，故發熱量大，磨損也較大，傳遞轉矩較小，實際生產中常用多片式摩擦離合器。

2.多片式摩擦離合器

多片式摩擦離合器由主動軸套筒2、從動軸套筒4、外摩擦片5、內摩擦片6等組成，如圖1-60所示。外摩擦片5和內摩擦片6通過花鍵分別與主動軸套筒2和從動軸套筒4聯結，主動軸套筒2和從動軸套筒4分別用平鍵（或花鍵）與主動軸1和從動軸3聯結，且從動軸套筒4與從動軸3為動聯結。當操縱桿撥動滑環8向左移動時，安裝在從動軸套筒4上的杠桿7擺動，使內、外摩擦片相互壓緊并產生摩擦力，兩軸接合在一起，通過摩擦片之間的摩擦力傳遞動力。當滑環8向右移動時，兩組摩擦片放松，實現兩軸分離。內、外摩擦片壓緊力的大小可通過從動軸套筒上的調節螺母來調整。

多片摩擦離合器承載能力大，還可通過增加摩擦片對數提高傳遞的轉矩；可實現轉速差較大的兩軸接合和分離，操作簡單，接合平穩，分離迅速，具有過載保護作用。但該離合器結構復雜，外廓尺寸較大，造價高，離合時摩擦片間會產生相對滑動，導致摩擦片發熱、磨損，且不能保證兩軸精確地同步轉動。多片式摩擦離合器適用于頻繁啟動、制動或經常改變轉速和轉向的機械中。

（三）離心離合器

離心離合器是摩擦式的自動離合器，通過摩擦力來傳遞扭矩，它主要由主動閘塊2、從動鼓輪1、螺旋彈簧3和閘塊支點4等組成，如圖1-61所示。離心離合器按其在靜止狀態時的離合情況可分為開式和閉式兩種，開式只有當達到一定工作轉速時，主、從動部分才進入接合，如圖1-61（a）所示；閉式在到達一定工作轉速時，主、從動部分才分離，如圖1-61（b）所示。在啟動頻繁的機器中采用開式離心離合器，可使原動機在運轉穩定后才接入負載，如電動機的啟動電流較大或啟動扭矩很大時，采用開式離心離合器就可避免電動機過熱，內燃機采用開式離心離合器可防止啟動阻力大而不能啟動。采用閉式離心離合器則可在機器轉速過高時起保護作用，離心離合器是靠摩擦力傳遞扭矩的，故扭矩過大時也可通過打滑而起保護作用。在小型養路機械中多采用開式離心離合器。

如圖1-62所示為開式離心離合器的工作原理，閘塊2通過閘塊支點4、彈簧3與轉架5相聯結，轉架5聯結在主動軸6上，鼓輪1與從動軸聯結。在兩個拉伸螺旋彈簧3的彈力作用下，主動部分的一對閘塊2與從動部分的鼓輪1脫開，主、從動軸分離；當主動軸轉速達到某一數值后，閘塊受到的離心力增加到能克服彈簧拉力時，便繞其支點4向外擺動與從動鼓輪壓緊，摩擦力增大，離合器即進入接合狀態。當接合面上產生的摩擦力矩足夠大時，即一起轉動。當主動軸轉速降低時閘塊受到的離心力減小，在彈簧拉力的作用下，閘塊與鼓輪的接觸摩擦力減小，直至脫離，此時主、從動軸分離。

離心離合器常用于內燃機的輸出軸上，用于在園林機械、小型工程機械、小型養路機械中。