[科普中国]-齿式联轴器

齿式联轴器指的是依靠内外轮齿啮合来传递转矩。由于半联轴器的外齿齿顶加工成球面(球面中心应位于轴线上)，且使啮合齿间具有较大的齿侧间隙，从而使它具有良好的补偿两轴作任何方向位移的能力。如果将外齿轮修形成鼓形齿，则更有利于增大联轴器的补偿综合位移的能力。

概述齿式联轴器是可移式刚性联轴器中的一种。它是利用内外齿啮合来实现两半联轴器间的扭矩和旋转运动的传递，适用于联接两同心轴的传动轴系，具有一定补偿两轴相对位移的性能。其结构如图一，它是由内齿圈、齿轴套及端盖等主要零件组成，一般小尺寸的齿式联轴器端盖和内齿圈可组成整体式。

齿式联轴器由于其结构紧凑、承载能力大、使用速度范围广、工作可靠等特点而在冶金、矿山、起重运输、石油和船舶等各类机械行业得到广泛应用。1

特点齿式联轴器径向尺寸小，承载能力大，长用于低速重载工况条件的轴系传动，高精度并经动平衡的齿式联轴器可用于高速传动，如燃汽轮机的轴系传动。由于鼓形齿式联轴器的角向补偿大于直齿式联轴器，国内外均广泛采用鼓形齿式联轴器，直齿式联轴器属于被淘汰的产品，选用者应尽量不选用。

目前，在市场上比较常见的齿式联轴器有一般结构齿式联轴器，鼓型齿式联轴器，尼龙齿式联轴器等。其中，鼓型齿式联轴器型号众多，应用广泛。2

分类及特点齿式联轴器按其外齿轴套轴向齿形的不同，可分成三种形式，即直齿齿式联轴器、鼓形齿式联轴器和特殊鼓形齿式联轴器。无论那一种，其内齿圈与渐开线直齿内齿轮除在轮齿的顶隙系数选取上有所区别外，其它都一样。

直齿齿式联轴器的外齿轴套的轴向齿坯可加工成直线和圆弧形两种，而分度圆和齿根圆都为直线，这种联轴器的啮合形式和渐开线圆柱齿轮内外齿啮合完全一样。通过增大内外齿的齿侧间隙，来补偿两轴间的相对位移，但补偿量有限。

鼓形齿式联轴器外齿轴套的齿顶加工成圆弧，即齿坯加工成球面，在齿中心平面且与节圆柱面相切的截面内，齿形成鼓形，即所谓的鼓形式联轴器。其特点是：

1、承载能力高，以弯曲强度计算，在相同条件下，比直齿齿式联轴器传递的扭矩提高15～30%；

2、结构合理，性能可靠，由于齿侧呈鼓形，使轴线在一定的角度条件下，其接触情况得到改善，从而降低了接触应力，消除了直齿联轴器齿端部载荷集中，即消除了棱边挤压，改善了工作性能。

3、补偿性能好，外齿轴套齿形呈鼓形，增大了所联两轴允许的相对偏移，其允许的倾角最大可达6度，一般推荐1.5°～2.5°。1

齿式联轴器不对中分类联轴器不对中分为偏角不对中、平行不对中和综合不对中。偏角不对中是 联轴器端面存在瓢偏,两个半联轴器的轴心线呈一个夹角，在旋转状态下产生 激振力而诱发振动响应。平行不对中是两个半联轴器的轴心线不在同一条直线 上，而是相互平行保持一段距离,在旋转状态下产生振动响应。综合不对中是 实际旋转机械中最为常见的不对中现象，它既有偏角不对中，又有平行不对 中，是两者的综合。

原因在制造过程中，由于工艺或测量等原因造成端面与轴心线不垂直或端面螺栓孔的圆心线与轴颈不同心。在安装过程中，拧紧连接螺栓（齿套螺栓）后使转轴产生变形,这时轴颈存在较大的晃度。有时也由于联轴器圆周方向连接螺 栓紧力存在差别,也会引起像联轴器端面瓢偏一样的情况。在运行过程中，如 果工况变化剧烈，如带负荷过程中，当负荷带到某一数值(即轴系扭矩增加到 一定值)时,联轴器发生相互错位,轴系对中状态发生变化,联轴器连接的转子振 动响应会发生突变。轴系扭矩在瞬间发生较大变化,对传递扭矩的联轴器形成 冲击，使联轴器相互错位，轴系对中状态发生变化。2

扭转振动齿式联轴器的扭转振动进行了分析研究，主要利用傅立叶级数解法，以间隙、阻尼、激振力为参数，对齿式联轴器连接轴系的扭转振动进行了非线性分析；则对齿轮联轴器连接轴系的轴向振动进行了大量的试验，并定性地说明产生轴向振动的主要原因，指出轴向振动主要是由于不对中和齿面的摩擦力所引起的，当没有轴向恢复力或推力轴承时将发生较大的轴向窜动。

振动分析是预测联轴器不对中的技术之一，它能判断设备状态的逐渐变化趋势，但当判断一台设备是否处于不对中状态时，需要有以往很多数据及事例做参考，还要区别出是轴承、润滑油、联轴器，还是连接固定的问题，所以有一定的局限性。红外照相技术则能在设备状态不佳时，将轴承、电机壳体、联轴器等过热的部位区分开来，并确定联轴器的对中误差，再结合以振动分析等其它预测技术，其效果会更好。

文献则通过对高速回转的汽轮发电机、送风机进行了试验，对齿式联轴器引起的弯曲振动进行了简要的说明；文献在不平衡量、润滑条件、间隙、误差、负荷等不同的参数条件下对齿式联轴器连接轴系进行了弯曲振动试验；另外山内和染谷等人对齿面在干摩擦力作用下对半联轴器系统的弯曲振动进行了非线性分析，文中指出齿式联轴器的振动主要与内外齿轮不对中和齿面摩擦有关，在高速回转的情况下要特别注意齿面的润滑。

检修方法齿式联轴器的品种有上百种之多，但基本形式就是两种：1、内齿和外齿结合式；2、端面齿结合式。其他形式都是在这两种基础上的变形。内齿外齿结合式的齿式离合器传递扭矩比较大，设计时考虑到用户的不同需求，有意设计成在齿两边的轴端的长度不一致，以便用户可以根据需要选择安装方向。所以，并没有规定哪一端朝哪里。安装时要注意：1、假如是原来的设备上更换，那么一般要和原来的方向一致，假如是新设计制造的设备，那么要在不与周边其它零件有干涉的前提下，按内、外齿结合面越多越可靠的原则安装。

齿式联轴器检修时一般按以下方法进行：

1、检查联轴器齿面啮合情况，其接触面积沿齿高不小于50%，沿齿宽不小于70%，齿面不得有严重点蚀、磨损和裂纹。

2、联轴器外齿圈全圆跳动不大于0.03mm，端面圆跳动不大于0.02mm。

3、若须拆下齿圈时，必须用专用工具，不可敲打，以免使轴弯曲或损伤。当回装时，应将齿圈加热到200℃左右再装到轴上。 外齿圈与轴的过盈量一般为0.01~0.03mm。

4、回装中间接筒或其它部件时应按原有标记和数据装配。

5、用力矩扳手均匀地把螺栓拧紧。

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学