第五节　联轴器与离合器

联轴器与离合器都是用来联结两轴，使其共同旋转并传递扭矩和运动的装置。联轴器只能在机器停止运转后才能将两轴接合或分离；离合器在机器运转过程中可随时将两轴接合或分离。

一、联轴器

联轴器是一种联结不同机构的两轴——主动轴和从动轴，动力设备借助于联轴器与工作机械相联结，使之共同旋转以达到传递扭矩的机械装置。机器运转时两轴不能分离，只有机器停止运转并将联结拆开后，两轴才能分离。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

联轴器种类繁多，按照被联结两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为固定式联轴器和可移式联轴器。为缓冲、吸振可在联轴器中设置弹性元件，有弹性元件的联轴器称为弹性联轴器，无弹性元件的联轴器称为刚性联轴器。弹性联轴器可补偿两轴的偏移。

（一）固定式刚性联轴器

固定式刚性联轴器的两轴瞬时转速相同，且结构简单、成本低廉，但不能补偿两轴线的偏移。主要用于两轴要求严格对中，并在工作中不发生相对偏移的地方。

1.凸缘联轴器

凸缘联轴器是最常见的固定式联轴器，凸缘联轴器由两个带有凸缘的半联轴器和联结螺栓组成。两个带有凸缘的半联轴器，用键分别与两轴相连，再用螺栓把两个半联轴器连成一体，无缓冲，如图1-51（a）所示。

凸缘联轴器结构简单，工作可靠，拆装方便，刚性好，传递转矩大，在转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好的场合应用较广。它的对中方法有两种，一种是用配合联结螺栓对中，并依靠螺栓的抗剪切能力传递扭矩，该方法拆装方便，卸下螺栓即可分离，如图1-51（b）所示；另一种是用半联轴器的凸、凹柱面对中，依靠两半联轴器结合面上摩擦力传递扭矩，对中精度高，但两轴分离时必须移动轴，如图1-51（c）所示。

2.套筒联轴器

套筒联轴器由联结两轴轴端的套筒和联结套筒与轴的联结零件（键或销钉）所组成，如图1-52所示。

套筒联轴器结构简单，径向尺寸小，成本低廉，便于装卸与维护，可以一定程度上起安全保护作用。要求在两轴严格对中情况下使用，通常用于工作平稳、轻载、低速、经常正反转的场合。

（二）可移式刚性联轴器

可移式刚性联轴器主要用于两轴存在一定的偏斜，或在工作中有相对位移的地方，但补偿位移的方法是刚性的。可移式刚性联轴器利用自身具有相对可动的元件或间隙，允许两轴存在一定的偏斜或在工作中有相对位移，不致轴系零件承受很大的附加载荷。

1.十字滑块联轴器

十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器1、3和一个两面带有凸牙的中间盘2所组成，如图1-53所示。凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。一般运用于传递转矩大、转速小于250r/min、两轴线间有径向偏移、无剧烈冲击的两轴联结。

2.十字轴式万向联轴器

十字轴式万向联轴器由两个叉形接头、一个十字形中间联结件等组成，如图1-54所示。属于一个可动的联结，这种联轴器可以允许两轴间有较大的夹角（夹角α最大可达35°～45°），而且在机器运转时，夹角发生改变仍可正常传动；但当过大时，传动效率会显著降低。

十字轴式万向联轴器的缺点是，当主动轴角速度ω1为常数时，从动轴的角速度并不是常数，而是在一定范围内变化，因而在传动中将产生附加动载荷。为了改善这种情况，常将十字轴式万向联轴器成对使用，但应注意安装时必须保证主动轴、从动轴与中间轴之间的夹角相等，并且中间轴两端的叉形接头应在同一平面内，只有这种双万向联轴器才可以使主、从动轴同步转动。

十字轴式万向联轴器结构紧凑、维护方便，广泛应用于汽车、多头钻床等机器的传动系统，养路机械中也有应用。

（三）弹性联轴器

弹性联轴器不仅可以补偿两轴间的相对位移，还可降低对联轴器安装的精度要求，更重要的是能够缓和冲击，改变轴系的自振频率，避免发生更大的振动。

1.弹性圈柱销联轴器

弹性圈柱销联轴器的构造与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性套的柱销代替了联结螺栓，如图1-55所示。因为通过蛹状的弹性套传递转矩，依靠其弹性变形不仅能缓冲减振，还能补偿两轴间的相对位移。安装时，应在两个半联轴器之间留出一定间隙，以便给两个半联轴器留出足够的相对偏移量。弹性套的材料常用耐油橡胶，并作成截面形状如图1-55（b）中网纹部分，以提高其弹性。

弹性圈柱销联轴器结构简单、装拆方便，成本较低，适用于转速较高、有振动、需正反转和启动频繁的场合。

2.弹性柱销联轴器

弹性柱销联轴器的结构如图1-56所示，工作时主动轴转矩通过两半联轴器及中间的尼龙柱销而传给从动轴。为了防止柱销脱落，在半联轴器的外侧，用螺钉固定了挡板。其特点和应用情况与弹性圈柱销联轴器相似，但传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、维修方便，耐久性好，也有一定的缓冲和吸振能力，允许被联结两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，但这种联轴器的补偿量不大，一般多用于轻载的传动中。由于尼龙柱销对温度较敏感，故使用温度限制在-20℃～+70℃范围内。

二、离合器

离合器用来联结两根轴，传递运动和转矩，在机器运转时，可根据需要使两轴随时接合或分离，所以对离合器的基本要求是：工作可靠，接合平稳无冲击，分离迅速、彻底，动作准确、可靠；操纵方便省力，调整维修方便；外廓尺寸小，重量轻，惯性小；接合元件耐磨性高，散热条件好，使用寿命长。

离合器的类型很多，按工作原理的不同可分为牙嵌式和摩擦式两大类。

（一）牙嵌式离合器

牙嵌式离合器由两个端面带齿的半离合器组成，依靠两个半离合器接触端的凸牙和凹槽相互嵌合来传递转矩，如图1-57所示。一个半离合器1用平键固定在主动轴上，另一个半离合器3用导向平键或花键与从动轴联结，工作时，通过操纵杆移动滑环4，推动移动半离合器3沿轴向移动，使两个半离合器的牙面嵌入或分开，以实现接合或分离。在固定半离合器1中用螺钉固定一个导向环2，以保证两个半离合器对中。

牙嵌式离合器常用的牙型有三角形、矩形、梯形、锯齿形等。三角形、矩形、梯形牙都可以作双向工作，而锯齿形牙只能单向工作，如图1-58所示。三角形牙接合、分离容易，但牙的强度较弱，用于传递小转矩的低速离合器。矩形牙无轴向分力，但结合与分离不便，且磨损后无法补偿，所以很少使用。梯形牙强度高，能传递较大转矩，且能自动补偿牙的磨损和牙侧间隙，从而减少接合时的冲击，所以应用较广。锯齿形牙强度最高，但只能传递单向转矩。

牙嵌式离合器结构简单、尺寸较小、能传递较大转矩，主、从动轴可同步转动，但接合时有冲击，一般在静止或转速较低情况下结合。

（二）圆盘摩擦片离合器

圆盘摩擦片离合器是摩擦式离合器中应用最广的一种，分为单片式和多片式。

1.单片式摩擦离合器

单片式摩擦离合器由两个半离合器1、2组成，如图1-59所示。工作时两个半离合器相互压紧，依靠接触面产生的摩擦力来传递转矩。半离合器1用平键固定在主动轴上，另一个半离合器2用导向平键或花键安装在从动轴上，工作时通过操纵杆和滑环3推动半离合器2在从动轴上移动，从而实现接合或分离。

单片式摩擦离合器结构简单，在任何不同转速条件下，两轴都可以随时接合或分离，摩擦面之间的接合过程较为平稳，冲击振动较小；而且过载时摩擦面之间打滑，可防止其他零件损坏，起到安全保护作用。但单片式摩擦离合器径向尺寸较大，工作中要产生滑动摩擦，故发热量大，磨损也较大，传递转矩较小，实际生产中常用多片式摩擦离合器。

2.多片式摩擦离合器

多片式摩擦离合器由主动轴套筒2、从动轴套筒4、外摩擦片5、内摩擦片6等组成，如图1-60所示。外摩擦片5和内摩擦片6通过花键分别与主动轴套筒2和从动轴套筒4联结，主动轴套筒2和从动轴套筒4分别用平键（或花键）与主动轴1和从动轴3联结，且从动轴套筒4与从动轴3为动联结。当操纵杆拨动滑环8向左移动时，安装在从动轴套筒4上的杠杆7摆动，使内、外摩擦片相互压紧并产生摩擦力，两轴接合在一起，通过摩擦片之间的摩擦力传递动力。当滑环8向右移动时，两组摩擦片放松，实现两轴分离。内、外摩擦片压紧力的大小可通过从动轴套筒上的调节螺母来调整。

多片摩擦离合器承载能力大，还可通过增加摩擦片对数提高传递的转矩；可实现转速差较大的两轴接合和分离，操作简单，接合平稳，分离迅速，具有过载保护作用。但该离合器结构复杂，外廓尺寸较大，造价高，离合时摩擦片间会产生相对滑动，导致摩擦片发热、磨损，且不能保证两轴精确地同步转动。多片式摩擦离合器适用于频繁启动、制动或经常改变转速和转向的机械中。

（三）离心离合器

离心离合器是摩擦式的自动离合器，通过摩擦力来传递扭矩，它主要由主动闸块2、从动鼓轮1、螺旋弹簧3和闸块支点4等组成，如图1-61所示。离心离合器按其在静止状态时的离合情况可分为开式和闭式两种，开式只有当达到一定工作转速时，主、从动部分才进入接合，如图1-61（a）所示；闭式在到达一定工作转速时，主、从动部分才分离，如图1-61（b）所示。在启动频繁的机器中采用开式离心离合器，可使原动机在运转稳定后才接入负载，如电动机的启动电流较大或启动扭矩很大时，采用开式离心离合器就可避免电动机过热，内燃机采用开式离心离合器可防止启动阻力大而不能启动。采用闭式离心离合器则可在机器转速过高时起保护作用，离心离合器是靠摩擦力传递扭矩的，故扭矩过大时也可通过打滑而起保护作用。在小型养路机械中多采用开式离心离合器。

如图1-62所示为开式离心离合器的工作原理，闸块2通过闸块支点4、弹簧3与转架5相联结，转架5联结在主动轴6上，鼓轮1与从动轴联结。在两个拉伸螺旋弹簧3的弹力作用下，主动部分的一对闸块2与从动部分的鼓轮1脱开，主、从动轴分离；当主动轴转速达到某一数值后，闸块受到的离心力增加到能克服弹簧拉力时，便绕其支点4向外摆动与从动鼓轮压紧，摩擦力增大，离合器即进入接合状态。当接合面上产生的摩擦力矩足够大时，即一起转动。当主动轴转速降低时闸块受到的离心力减小，在弹簧拉力的作用下，闸块与鼓轮的接触摩擦力减小，直至脱离，此时主、从动轴分离。

离心离合器常用于内燃机的输出轴上，用于在园林机械、小型工程机械、小型养路机械中。