联轴器综述

联轴器研究概述田承战（杭州电子科技大学机械工程学院浙江杭州310018）摘要：联轴器是用来联接不同机构中的两根轴，使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

本文主要介绍联轴器的研究现状及发展趋势。

尤其针对船用弹性联轴器进行了系统的阐述。

关键词：船；弹性；联轴器；1联轴器的概况联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。

一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。

联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器。

挠性联轴器又分为无弹性联轴器和有弹性联轴器。

无弹性这类联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。

但因无弹性元件，故不能缓冲减振。

常用的有凸缘联轴器、十字滑块联轴器、万向联轴器及齿式联轴器等。

弹性这类联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。

弹性元件所能储蓄的能量越多，则联轴器的缓冲能力愈强；弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大、则联轴器的减振能力愈好。

这类联轴器目前应用很广，品种亦愈来愈多。

常用的有滚子链联轴器、弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、星形弹性联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎联轴器及膜片联轴器等。

2联轴器的发展趋势我国联轴器的技术和生产主要经历了三个阶段。

一是二十世纪五、六十年代以自力更生为主，配合各种机械设备的制造，配套制造一些联轴器，功率较小，品种少，不成套。

二是二十世纪七、八十年代，随着对外开放，引进一些专利技术，也进口了各种机械设备，如引进奥地利盖斯林格公司的盖斯林格联轴器，对这一技术的发展和在国内推广应用起了关键作用。

进口许多大型挖泥船及其它船舶，对大功率弹性联轴器和弹性离合器的消化吸收和发展应用也起了很大作用。

三是近十几年来，各工业部门根据发展配套的需要，在原机械部机械院标准所的统一规划下开展了一系列联轴器的标准化工作，进行了大量基础标准和产品标准的工作，为联轴器的通用化、系列化、标准化发展打下了基础。

在国外，联轴器的生产均以专业化为主，一般规模为中、小型，人员在数十至数百人，也有很多企业是全球性的，在世界各国有他们的生产、销售和服务网点。

也有一些联轴器公司是大集团公司的一部分。

这些联轴器公司的共同特点是产品技术含量高，适应当前重机配套的技术需要，加工设备先进，铸锻件及液压、电器元器件配套，管理先进，注重技术开发和技术进步。

国内国营专业联轴器生产厂不多，也有一些大型冶金设备、重型设备、钢厂、电厂、造船厂有自已的工段式车间进行联轴器的配套生产，而在汽车行业相对这些国营专业生产厂较多些。

除此之外，小规模的民营企业较多，可以生产较为单一的产品。

近年来联轴器技术和应用发展趋势有以下几点：一是对联轴器质量要求的不断提高，这就对原材料、加工与装配工艺，产品的过程和最终检验的要求大大提高。

二是与主机、负载综合分析和配套。

如工程机械、车辆、船舶动力传动，都需要联轴器的特性与发动机和负载机械特性进行系统分析，从而进行联轴器的最佳选择。

三是随着主机要求的变化以及技术发展的需要，对联轴器的技术发展和技术开发更为重视。

四是联轴器本身的配套向专业化发展。

如离合器、制动器的摩擦材料、联轴器的弹性元件，离合器、制动器的液压、气动和电器元件，甚至铸锻件、热处理和标准件均更趋专业化配套。

联轴器是机械通用零部件的重要组成部分，是量大面广的机械零部件，适用于冶金矿山、交通运输、工程机械、航天航空、船舶机械、轻工纺织等行业。

其功能主要是传递运动和动力，由于其使用场合的不同，因此其传递范围小到几个牛米，大到数万千牛米，其转速范围小到数转每分，大到数万转每分。

以离合器和联轴器例，由于不同的使用要求以及其技术的发展，它们的种类和型式多样，以适应不同的需求。

3联轴器存在的问题近年来因为伺服电机行业的快速发展，适应高速和高精度控制的需求越来越被夸大。

联轴器越来越多的应用于通过伺服系统控制的机械上面。

联轴器在这些领域和一般的制造机械不同的是，必需要求输出相对于输入具有很高的追随性。

最近联轴器被越来越多地被应用在机床和半导体系体例造机械等通过伺服系统控制的精密机械上。

在这些领域里，和一般的制造机械不同的是，联轴器必须要求其输出相对于输入具有很高的追随性。

特别是在要求高频率正逆转，高精度定位以及20000r/min以上的高速旋转的工作机床上使用时，联轴器除了本身必需具备高刚性外，还必须具有能耐受反复扭转负载的高弹性疲惫限度的能力，以适应高速运转。

因此，联轴器本来必需具备高扭矩刚性、零回转间隙、弹性体补偿制造机械在传动过程中两轴所产生的径向、轴向、角向偏差、顺时针与逆时针回转特性相平等特点。

过去，人们只是将联轴器作为一个机械部件来考虑，但是，跟着使用联轴器的机械装置本身用途的多样化，为达到更高的机能，对于联轴器的熟悉，已经从一个单纯的机械部件转变为能左右整个机械系统机能的重要的机械要素。

因此，光靠联轴器厂家独自的产品开发来知足用户的要求也变得越来越难题。

现在，用户和厂家联手合作，共同开发符合机械系统要求的联轴器已经成为一种趋势。

联轴器企业的自主创新能力不强是长久以来联轴器行业面临的老问题了，但是随着汽车、工程机械等相关领域的飞速发展，对配套联轴器的材质、性能、强度等方面的技术要求又上升了一个新台阶，于是，创新能力这个问题变得更加突出了。

目前，国际联轴器产品的发展趋势主要有以下几方面首先，动力传动联轴器装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展，于是特殊联轴器的应用、行星联轴器装置的发展、低振动、低噪声联轴器装置的研制成了联轴器设计方面的一些特点；其二，由于机械设备向大型化发展，联轴器的工作参数提高了，如高速联轴器的传递功率为1000-30000kw；第三，由于硬齿面联轴器广泛应用，以及高速、高性能要求的联轴器日益增多，因此要求磨齿加工，在效率和质量上都要提高；此外，关于联轴器材料与热处理随着便自面联轴器的发展，也逐渐受到人们的重视。

据中国联轴器专业协会副会长王声堂表示，目前我国联轴器生产企业的产品在疲劳寿命与噪声指标上与国外先进水平表现出来很大的差距，主要与材料和热处理水平有很大关系。

然而，我国大多数联轴器生产企业基本没有能力跟得上这些趋势，只能重复低水平建设，在低端市场进行着低价竞争。

随着汽车工业、机械制造行业不断升级，低端联轴器市场很快就会出现饱和状态，那时企业的经营风险将更大。

此外，原材料的供应风险也应该引起关注，一方面，国内联轴器钢市场虽然表现平稳，但是价格呈现上涨趋势。

另一方面，联轴器质量与性能提高的切入点在原材料上，国际联轴器钢的发展趋势，一是含Cr，Ni，Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。

然而国内能提供高质量联轴器钢的特钢企业数量较少，预计今后企业间的资源争夺将变得更加激烈。

4 船用高弹性联轴器高弹性联轴器被广泛地应用在柴油机动力装置中. 它设置在柴油机的输出端,其功能在于:传递扭矩;调整传动装置轴系扭转振动特性;补偿因振动、冲击引起的主、从动轴的中心位移;缓冲和吸振. 因此,起到了减振降噪的目的,从而起到保护主、从动机和整个传动装置运行可靠性的目的。

因此广泛的用于舰船的动力装置、柴油发动机组、压缩机组、柴油机试验台架等。

然而，高弹的应用也会给系统带来新的问题和矛盾，其中扭振方面的问题比较突出。

只有在应用中解决和协调好这些矛盾，才能保证整个装置长期在良好的状态下运行。

高弹联轴器的性能。

[1](1) 额定转矩、最大转矩、许用变动转矩额定转矩是指联轴器允许持续传递的转矩,它应满足动力装置在持续工况下的平均转矩. 最大转矩是指联轴器能够满足动力装置在瞬态工况下(如:启动、冲击、通过临界点等) 的工作转矩. 许用变动转矩是指高弹性联轴器满足在动力装置持续工况下周期性扭转振动的允许扭转振动转矩幅值. 该特性反映了高弹性联轴器承受振动的能力,也是高弹性联轴器的特征技术性能之一.(2) 动态扭转刚度和阻尼系数动态扭转刚度C 以产生单位扭转变形所需的扭矩表示,动态扭转刚度可以调节轴系的自振频率以实现避开共振的目的. 而阻尼系数反映联轴器衰减振动的能力. 动态扭转刚度和阻尼系数是动力装置轴系扭振计算不可缺少的高弹性联轴器的重要特征技术性能参数.(3) 许用轴向位移、许用径向位移、许用角向位移许用轴向、径向、角向位移分别是允许高弹性联轴器主、从动端相对端面轴向、径向和角向(两轴线成一定角度) 的偏移量。

这3 项指标反映了高弹性联轴器补偿主、从动机两轴端轴线位移的能力. 另外,还有重量尺寸、许用转速等指标。

目前,高弹性联轴器品种繁多。

在船舶上广泛应用的盖斯林格型、伏尔康型和RATO 型等联轴器均已形成标准化、系列化产品,基本满足了各种船动力装置的要求。

金属弹性联轴器阻尼小,如果采用硅油增加阻尼,则增加了工艺的复杂性,造价高、维护困难. 某型船上应用的盖斯林格联轴器就发生了几起故障事故。

而橡胶元件易老化,耐油性和耐高温差的缺点也影响了它的使用范围。

如日本报道的橡胶元件联轴器损坏较多。

主要有扭振和减缸运行引起的扭矩变化使橡胶元件发热(高达100 ℃) 而破损,发生冲击时因螺旋桨惯性产生反扭矩使橡胶产生裂纹。

橡胶复合材料之间的结合力对联轴器整个的强度有影响,在使用中易发生疲劳破坏。

5联轴器的研究状况从全世界的范围来看，目前联轴器的研究主要集中在美国、中国、日本和德国等国家。

大部分研究之集中在联轴器的材料、结构、扭矩、阻尼等方面。

通过研究以获取更好的动态特性。

柴油机是‘种往复活塞式机械，其本质决定了这种装置的轴系要长期承受着柴油机的扭振激励作用，而高弹应用在这类装置中的最重要目的就是降低轴系的扭转自振频率，来减小激励对高弹后端轴系的影响(隔振效应)，避免发生严重的共振。

[2]高弹性联轴器的动态特性参数与弹性元件本身的硬度、弹性和阻尼等基本性能及结构特性有关，各参数之间存在着一定的联系和相互制约关系。

当刚度值很大而阻尼值很小时，联轴器的性能接近于刚性轴，振动和冲击都将大大增加。

当阻尼值很大而刚度值很小时，大部分能量都转换为阻尼功，使得传递的扭矩大幅度减小，无法起到传动作用。

因此，必须使高弹性联轴器的动态特性参数达到一定的优化匹配数值，才能使其既可以补偿一定的相对位移，又可以消耗一定的振动能量，起到缓冲吸振的作用。

因此，获取高弹性联轴器的动态特性参数便成为对其扭转振动控制性能进行研究并在此基础上进行联轴器设计的关键。

[3]这是目前研究的重点和方向。

此外。

新型联轴器的结构研究也是近年来研究热点。

References:[1]. 黄次浩, 林.A., 舰船高弹性联轴器的应用及发展趋势分析. 海军工程大学学报, 2001(02): 第49-53页.[2]. 刘静宇, 高弹性橡胶联轴器在柴油机动力传动系统中的运用. 水利电力机械, 2002(04): 第45-46页.[3]. 毕国军. 2010, 哈尔滨工程大学.。