機(jī)械設(shè)計(jì)聯(lián)軸器選擇方法

1、聯(lián)軸器選擇方法聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器品種、型式、規(guī)格很多，在正確理解品種、型式、規(guī)格各自概念的基礎(chǔ)上，根據(jù)傳動(dòng)的需要來選擇聯(lián)軸器，首先從已經(jīng)制訂為標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器中選擇，目前我過制訂為國際和行標(biāo)的聯(lián)軸器有數(shù)十種，這些標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器絕大多數(shù)是通用聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器,每一種聯(lián)軸器都有各自的特點(diǎn)和適合范圍，基本能夠滿足多種工況的需要，一般情況下設(shè)計(jì)人員無需自行設(shè)計(jì)聯(lián)軸器，只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器不能滿足需要時(shí)才自行設(shè)計(jì)聯(lián)軸器。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器選購方便，價(jià)格比自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器要便宜很多。在眾多的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器中，正確選擇適合自己需要的最佳聯(lián)軸器，關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)的工作性能、可靠性、使用壽命、振動(dòng)、噪聲、節(jié)能、傳動(dòng)

2、效率、傳動(dòng)精度、經(jīng)濟(jì)性等一系列問題，也關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員在選用聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)立足于從軸系傳動(dòng)的角度和需要來選擇聯(lián)軸器，應(yīng)避免單純的只考慮主、從動(dòng)端聯(lián)接選擇聯(lián)軸器。 一、選擇聯(lián)軸器應(yīng)考慮的因素 （一） 動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性 動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)之間，通過一個(gè)或數(shù)個(gè)不同品種型式、規(guī)格的聯(lián)軸器將主、從動(dòng)端聯(lián)接起來，形成軸系傳動(dòng)系統(tǒng)。在機(jī)械傳動(dòng)中，動(dòng)力機(jī)不外乎電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和氣輪機(jī)。由于動(dòng)力機(jī)工作原理和機(jī)構(gòu)不同，其機(jī)械特性差別較大，有的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，有的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有沖擊，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)形成不等的影響。根據(jù)動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性，將動(dòng)力機(jī)分為四類。萬向聯(lián)軸器,見表 1 。 表 1 動(dòng)力機(jī)系數(shù)Kw 動(dòng)力機(jī)類別代號(hào) 動(dòng)力機(jī)名稱

3、 動(dòng)力機(jī)系數(shù) Kw 動(dòng)力機(jī)類別代號(hào) 動(dòng)力機(jī)名稱 動(dòng)力機(jī)系數(shù) Kw 電動(dòng)機(jī)、透平 1.0 二缸內(nèi)燃機(jī) 1.4 四缸及四缸以上內(nèi)燃機(jī) 1.2 單缸內(nèi)燃機(jī) 1.6 動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)有一定的影響，不同類別的動(dòng)力機(jī)，由于其機(jī)械特性不同，應(yīng)選取相應(yīng)的動(dòng)力機(jī)系數(shù) Kw ，選擇適合于該系統(tǒng)的最佳聯(lián)軸器。動(dòng)力機(jī)的類別是選擇聯(lián)軸器品種的基本因素，動(dòng)力機(jī)的功率是確定聯(lián)軸器的規(guī)格大小的主要依據(jù)之一，與聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩成正比。固定的機(jī)械產(chǎn)品傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力機(jī)大都是電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行的機(jī)械產(chǎn)品傳動(dòng)系統(tǒng)（例如船舶、各種車輛等）中的動(dòng)力機(jī)多為內(nèi)燃機(jī)，當(dāng)動(dòng)力機(jī)為缸數(shù)不同的內(nèi)燃機(jī)時(shí)，必須考慮扭振對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，這種影響因素與

4、內(nèi)燃機(jī)的缸數(shù)、各缸是否正常工作有關(guān)。此時(shí)一般應(yīng)選用彈性聯(lián)軸器，以調(diào)整軸系固有頻率，降低扭振振幅，從而減振、緩沖、保護(hù)傳動(dòng)裝置部件，改善對(duì)中性能，提高輸出功率的穩(wěn)定性。 （二） 載荷類別 由于結(jié)構(gòu)和材料不同，用于各個(gè)機(jī)械產(chǎn)品傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)軸器，其載荷能力差異很大。載荷類別主要是針對(duì)工作機(jī)的工作載荷的沖擊、振動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)、頻繁啟動(dòng)等原因而形成不同類別的載荷。為便于選用計(jì)算，將傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷分為四類，見表 2 。 表 2 載荷類別 載荷類別 載荷狀況 工況系數(shù) K 載荷類別 載荷狀況 工況系數(shù) K 載荷均勻，工作平穩(wěn) 11.5 重沖擊載荷，頻繁正反轉(zhuǎn) 2.52.75 中等沖擊載荷 1.52.5 特

5、重沖擊載荷，頻繁正反轉(zhuǎn) >2.75  傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷類別是選擇聯(lián)軸器品種的基本依據(jù)。沖擊、振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩變化較大的工作載荷，應(yīng)選擇具有彈性元件的撓性聯(lián)軸器即彈性聯(lián)軸器，以緩沖、減振、補(bǔ)償軸線偏移，改善傳動(dòng)系統(tǒng)工作性能。起動(dòng)頻繁、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩是正常平穩(wěn)工作時(shí)轉(zhuǎn)矩的數(shù)倍，是超載工作，必然縮短聯(lián)軸器彈性元件使用壽命，聯(lián)軸器只允許短時(shí)超載，一般短時(shí)超載不得超過公稱轉(zhuǎn)矩的 23 倍，即 Tmax 23T n 。 低速工況應(yīng)避免選用只適用于中小功率的聯(lián)軸器，例如：彈性套柱銷聯(lián)軸器、芯型彈性聯(lián)軸器、多角形橡膠聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器等；需要控制過載安全保護(hù)的軸系，宜選用安全聯(lián)軸器；載荷變化較

6、大的并有沖擊、振動(dòng)的軸系，宜選擇具有彈性元件且緩沖和減振效果較好的彈性聯(lián)軸器。金屬彈性元件彈性聯(lián)軸器承載能力高于非金屬彈性元件彈性聯(lián)軸器；彈性元件受擠壓的彈性聯(lián)軸器可靠性高于彈性元件受剪切的彈性聯(lián)軸器。 （三） 聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速 聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速范圍是根據(jù)聯(lián)軸器不同材料允許的線速度和最大外緣尺寸，經(jīng)過計(jì)算而確定。不同材料和品種、規(guī)格的聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)速的范圍不相同，改變聯(lián)軸器的材料可提高聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)速范圍，材料為鋼的許用轉(zhuǎn)速大于材料為鑄鐵的許用轉(zhuǎn)速。用于 n>5000r/min 工況條件的聯(lián)軸器，應(yīng)考慮聯(lián)軸器外緣離心力和彈性元件變形等影響因素，并應(yīng)作動(dòng)平衡。高速時(shí)不應(yīng)選用非金屬彈性元件彈性聯(lián)

7、軸器，高速時(shí)形成彈性元件變形，宜選用高精度的撓性聯(lián)軸器，目前國外用于高速的聯(lián)軸器不外乎膜片聯(lián)軸器和高精度鼓形齒式聯(lián)軸器。 萬向聯(lián)軸器（四） 聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸相對(duì)位移 聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸由于制造誤差、裝配誤差、安裝誤差、軸受載而產(chǎn)生變形、基座變形、軸承受損、溫度變化（熱脹、冷縮）、部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等多種因素而產(chǎn)生相對(duì)位移。一般情況下，兩軸相對(duì)位移是難以避免的，但不同工況條件下的軸系傳動(dòng)所產(chǎn)生的位移方向，即軸向（ x ）、徑向（ y ）、角向（）以及位移量的大小有所不同。只有撓性聯(lián)軸器才具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的性能，因此在實(shí)際應(yīng)用中大量選擇撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器不具備補(bǔ)償性能，應(yīng)用范圍受到限制，因此用量

8、很少。角向（）唯一較大的軸系傳動(dòng)宜選用萬向聯(lián)軸器，有軸向竄動(dòng)，并需控制軸向位移的軸系傳動(dòng)，應(yīng)選用膜片聯(lián)軸器；只有對(duì)中精度很高的情況下選用剛性聯(lián)軸器，各標(biāo)準(zhǔn)撓性聯(lián)軸器許用補(bǔ)償量見表 3 。 表 3 撓性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器許用補(bǔ)償量 序號(hào) 聯(lián)軸器名稱 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 許用補(bǔ)償量 徑向（ y ）/mm 軸向（ x ）/mm角向（） 1 滾子鏈條聯(lián)軸器 GB/T6069 - 85 0.190.27 1.49.5 1 o 2 SWC 型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器JB/T5513 - 85 15 o 25 o 3 SWP 型剖分軸承十字軸式萬向聯(lián)軸器JB/T3241 - 91 5 o 10 o 4 SWZ 型整體

9、軸承十字軸式萬向聯(lián)軸器JB/T3242 - 93 10 o 5 十字軸式萬向聯(lián)軸器JB/T5901 - 91 45 o 6 球籠式萬向聯(lián)軸器GB/T7549 - 87 14 o 18 o 7 重型機(jī)械用球籠式萬向聯(lián)軸器JB/T6140 - 92 25 o 8 球鉸式萬向聯(lián)軸器JB/T6139 - 92 40 o 9 TGL 型鼓形齒式聯(lián)軸器 JB/T5514 - 91 0.31.1 ± 1 1 o 10 WGC 、 WGP 、 WGZ 型鼓形齒式聯(lián)軸器 7001 - 93 JB/T 7002 - 937003 - 93 1.310.8 1 o30 11 GCLD 型鼓形齒式聯(lián)軸器 J

10、B/T8854.1 - 1999 1 o30 12 GCL 型鼓形齒式聯(lián)軸器 JB/T8854.2 - 1999 1.9621.7 1 o30 13 GCLZ 型鼓形齒式聯(lián)軸器 JB/T8854.3 - 1999 1.08.5 1 o30 14 CL 型鼓形齒式聯(lián)軸器 JB/ZQ4218 - 86 0.46.3 0 o30 15 膜片聯(lián)軸器 JB/T9147 - 1999 12 0 o30 1o30 16 蛇形彈簧聯(lián)軸器 GB/T8869 - 2000 0.20.5 0 o30 1o30 17 簧片聯(lián)軸器 GB/T12922 - 91 0.241.1 18 撓性桿聯(lián)軸器 GB/T14654 -

11、 93 6X10 - 3 15X10 - 3 rad 19 彈性套柱銷聯(lián)軸器 GB/T4323 - 84 0.20.6 0 o30 1 o30 20 彈性柱銷聯(lián)軸器 GB/T5014 - 85 0.150.25 0 o30 V 21 彈性柱銷齒式聯(lián)軸器 GB/T5015 - 85 0.31.5 0 o30 2o30 22 梅花型彈性聯(lián)軸器 GB/T5272 - 85 0.51.8 1 o 2 o30 23 輪胎式聯(lián)軸器 GB/T5844 - 86 1.05 3.2 o 24 彈性環(huán)聯(lián)軸器 GB/T2496 - 96 1.26.2 0 o30 1 o30 25 芯型彈性聯(lián)軸器 GB/T10614

12、 - 89 0.52 0 o201 o30 26 彈性塊聯(lián)軸器 JB/T9148 - 1999 0.62 2 o 5 o 27 多角形橡膠聯(lián)軸器 JB/T5512 - 91 12 1 o 1 o30 28 H 形彈性聯(lián)軸器 JB/T5511 - 91 0.52 0.35 o1o 29 徑向彈性柱銷聯(lián)軸器 JB/T7849 - 95 1 0.35 o1o 30 LAK 型鞍形塊彈性聯(lián)軸器 JB/T7648 - 95 210 1 o1.5o 31 球面滾子聯(lián)軸器 JB/T7009 - 93 1.5 o 32 滑塊聯(lián)軸器 JB/ZQ4384 - 97 0.2 0 o40 （五） 聯(lián)軸器的傳動(dòng)精度 小

13、轉(zhuǎn)矩和以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的軸系傳動(dòng)，要求聯(lián)軸器具有較高的傳動(dòng)精度，宜選用金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器。大轉(zhuǎn)矩個(gè)傳遞動(dòng)力的軸系傳動(dòng)，對(duì)傳動(dòng)精度亦有要求，高轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)避免選用非金屬彈性元件彈性聯(lián)軸器和可動(dòng)元件之間有間隙的撓性；聯(lián)軸器，宜選用傳動(dòng)精度高的膜片聯(lián)軸器。 （六） 聯(lián)軸器尺寸、安裝和維護(hù) 聯(lián)軸器外形尺寸，即最大徑向和軸向尺寸，必須在機(jī)器設(shè)備允許的安裝空間以內(nèi)。應(yīng)選擇裝拆方便、不用維護(hù)、維護(hù)周期長或者維護(hù)方便、更換易損件不用移動(dòng)兩軸、對(duì)中間調(diào)整容易的聯(lián)軸器。大型機(jī)器設(shè)備調(diào)整兩軸對(duì)中較困難，應(yīng)選擇使用耐久和更換易損件方便的聯(lián)軸器。金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器一般比非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器使用壽命長。需密封潤

14、滑和使用不耐久的聯(lián)軸器，必然增加維護(hù)工作量。對(duì)于長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和經(jīng)濟(jì)效益較高的場(chǎng)合，例如我國冶金企業(yè)的軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的高速端，目前普遍采用的是齒式聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器雖然理論上傳遞轉(zhuǎn)矩大，但必須在潤滑和密封良好的條件下才能耐久工作，且需經(jīng)常檢查密封狀況，注潤滑油或潤滑脂，維護(hù)工作量大，增加了輔助工時(shí)，減少了有效工作時(shí)間，影響生產(chǎn)效益。國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家，已普遍選用使用壽命長、不用潤滑和維護(hù)的膜片聯(lián)軸器取代鼓形齒式聯(lián)軸器，不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益，還可以凈化工作環(huán)境。在軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)選用我過研制的彈性活銷聯(lián)軸器和扇形塊彈性聯(lián)軸器，不僅具有膜片聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)，而且緩沖減振效果好，價(jià)格便宜。 （七） 工作環(huán)境 聯(lián)軸

15、器與各種不同主機(jī)產(chǎn)品配套使用，周圍的工作環(huán)境比較復(fù)雜，如溫度、濕度、水、蒸汽、粉塵、砂子、油、酸、堿、腐蝕介質(zhì)、鹽水、輻射等狀況，是選擇聯(lián)軸器時(shí)必須考慮的重要因素之一。對(duì)于高溫、低溫、有油、酸、堿介質(zhì)的工作環(huán)境，不宜選用以一般橡膠為彈性元件材料的撓性聯(lián)軸器，應(yīng)選擇金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器等。彈性柱銷式聯(lián)軸器由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)柱銷的竄動(dòng)，自身噪聲大，對(duì)于噪聲有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合就不應(yīng)選用。 （八） 經(jīng)濟(jì)性 由于各品種、型式、規(guī)格的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)、材料、大小和精度不同，其成本和造價(jià)相差很大。一般精度要求的聯(lián)軸器成本低于高精度要求的聯(lián)軸器；結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好的聯(lián)軸器成本低于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工

16、藝性差的聯(lián)軸器；采用一般材料作原料的聯(lián)軸器成本低于采用特殊材料作原料的聯(lián)軸器；非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器的成本低于金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器。在選擇聯(lián)軸器時(shí)，價(jià)格是不可忽視的重要因素，有時(shí)甚至是決定因素。對(duì)于一般工況條件，就無必要選擇價(jià)格較貴的高精度聯(lián)軸器，選用者往往因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的原因不能選用某些性能雖好但價(jià)格較高的撓性聯(lián)軸器。在選擇聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)根據(jù)選用各自實(shí)際情況和要求，綜合考慮上述各種因素，從現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器中選取最適合于自己需要的聯(lián)軸器品種、型式和規(guī)格。一般情況下現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器基本可以滿足不同工況的需要。 二 選用程序 在考慮上述綜合因素的基礎(chǔ)上，聯(lián)軸器選用程序如下： （一） 選用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器 設(shè)計(jì)人

17、員在選擇聯(lián)軸器時(shí)首先應(yīng)在已經(jīng)制定為國家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及獲國家專利的聯(lián)軸器中選擇，只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器和專利聯(lián)軸器不能滿足設(shè)計(jì)需要時(shí)才自己設(shè)計(jì)聯(lián)軸器。我國現(xiàn)已制訂了數(shù)量相當(dāng)多的不同品種，在不同結(jié)構(gòu)型式和規(guī)格基本能滿足不同轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和工況條件的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器。這些標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器有的是我國自行研制并經(jīng)過工業(yè)實(shí)驗(yàn)；有的是根據(jù)國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化；有的是參考引進(jìn)樣機(jī)消化吸收并自行研制。有的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器不僅在國內(nèi)是新型高性能，在國際上也具有先進(jìn)水平，例如膜片聯(lián)軸器。在制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)一般都經(jīng)過嚴(yán)格程序，以保證標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器是成熟的，一般也應(yīng)是可靠的，關(guān)鍵是正確選擇。國家專利聯(lián)軸器例如彈性活銷聯(lián)軸器、

18、扇形塊彈性聯(lián)軸器，吸取多種老式彈性聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)，克服了各自存在的缺點(diǎn)，在國內(nèi)外均屬高性能、新技術(shù)，是更新?lián)Q代聯(lián)軸器。 （二） 選擇聯(lián)軸器品種、型式 了解聯(lián)軸器（尤其是撓性聯(lián)軸器）在傳動(dòng)系統(tǒng)中的綜合功能，從傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)考慮，選擇聯(lián)軸器品種、型式。根據(jù)原動(dòng)機(jī)類別和工作載荷類別、工作轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)精度、兩軸偏移狀況、溫度、濕度、工作環(huán)境等綜合因素選擇聯(lián)軸器的品種。 根據(jù)配套主機(jī)的需要選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)聯(lián)軸器與制動(dòng)器配套使用時(shí)，宜選擇帶制動(dòng)輪或制動(dòng)盤型式的聯(lián)軸器；需要過載保護(hù)時(shí)；宜選擇安全聯(lián)軸器；與法蘭聯(lián)接時(shí)，宜選擇法蘭式；長距離傳動(dòng)，聯(lián)接的軸向尺寸較大時(shí)，宜選擇接中間或接中間套型。 （三） 聯(lián)

19、軸器轉(zhuǎn)矩計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)中動(dòng)力機(jī)的功率應(yīng)大于工件機(jī)所需功率。根據(jù)動(dòng)力機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速可計(jì)算得到與動(dòng)力機(jī)相聯(lián)接的高速端的理論轉(zhuǎn)矩 T ；根據(jù)工況系數(shù) K 及其他有關(guān)系數(shù)，可計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tc 。聯(lián)軸器 T 與 n 成反比，因此低速端 T 大于高速端 T 。 （四） 初選聯(lián)軸器型號(hào) 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tc ，從標(biāo)準(zhǔn)系列中可選定相近似的公稱轉(zhuǎn)矩 Tn ，選型時(shí)應(yīng)滿足 Tn Tc 。初步選定聯(lián)軸器型號(hào)（規(guī)格），從標(biāo)準(zhǔn)中可查得聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速 n 和最大徑向尺寸 D 、軸向尺寸 Lo ，應(yīng)滿足聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速 n n 。 （五） 根據(jù)軸徑調(diào)整型號(hào) 初步選定的聯(lián)軸器聯(lián)接尺寸，即軸孔直徑 d 和軸孔長度 L ，應(yīng)符合主、從動(dòng)端軸徑的要求，否則還要根據(jù)軸徑 d 調(diào)整聯(lián)軸器的規(guī)格。主、從動(dòng)端軸徑不相同是普遍現(xiàn)象，當(dāng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速相同，主、從動(dòng)端軸徑不相同時(shí)，應(yīng)按大軸徑選擇聯(lián)軸器型號(hào)。 新設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，應(yīng)選擇符合 GB/T 3852 中規(guī)定的七種軸孔型式，推薦采用 J 1 型軸孔型式，以