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联轴器防止传动轴系的装置和弹性联轴器的主要参数一、联轴器防止传动轴系过载的装置
联轴器是机械产品中一种常用的部件，用来联接两轴或轴和回转件，并在传递运动和动力过程中，一同回转而不脱开也不改变转动方向和扭矩大小；有些弹性套柱销联轴器还有补偿两轴相对位移和缓冲减振等功能。此外，有些联轴器还可兼作防止传动轴系过载的装置。
随着工业和科学技术的发展，机械在现代工业中的应用不断扩大，种类不断增加，对其性能的要求也愈来愈高。为了提高机械装置的效能和可靠性，保证机械的零部件，尤其是联轴器，具有是十分重要的。因此，尽管目前有不少系列化、标准化的联轴器，但由于机械种类繁多，且其载荷、转速、工作环境各不相同，故还需要各种性能不同的联轴器，以适应不同的工况和使用要求。
目前，联轴器种类繁多，根据不同的原则可有不同的分类，一般来说，联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。
(1)刚性联轴器刚性联轴器又分为固定式刚性联轴器和可移式刚性联轴器。固定式刚性联轴器，如套筒联轴器、凸缘联轴器和夹壳联轴器等，它们的联接元件之间不能相对运动，只能用于被联接两轴安装时能严格对中和工作时不会发生相对位移的场合。可移式刚性联轴器，如十字滑块联轴器、滑块联轴器、链条联轴器和齿轮联轴器等，设计有可相对移动的联接元件，依靠联接元件的相对移动来补偿被联接两轴的对中误差和相对位移。因此，可移式刚性联轴器用于被联接两轴存在一定的对中误差或相对位移的场合。
(2)弹性联轴器弹性联轴器具有能产生较大弹性变形和阻尼作用的弹性元件，依靠弹性元件补偿两轴相对位移，还能起缓冲和吸振的作用。
弹性联轴器中的弹性元件是指富于弹性、具有类似弹簧功能的传扭零件，是弹性联轴器中极为重要的零件，弹性联轴器工作性能的好坏，主要取决于弹性元件的性能。要得到适用于某一传动且性能优良的弹性联轴器，关键是要设计好其中的弹性元件。对于弹性元件的一般要求如下：(a)具有较高的弹性和阻尼，刚度恒定且持久，以保证装有联轴器的轴系动力特性相对稳定。
(b)在相同条件下能贮存较大的变形能，以获得较好的缓冲和振动效果。
(c)结构合理，工艺性好。
(d)体积小、重量轻。
根据弹性元件材料的不同，可分为非金属弹性元件和金属弹性元件联轴器。
非金属弹性元件的材料主要有橡胶和工程塑料，其中前者应用较为广泛。非金属弹性元件的特点有：①弹性变形较大，且可以通过改变材料成分得到不同的弹性模量而满足工程需要的刚度特性。②容易加工成复杂的几何形状，好地满足实际的工程需求。③阻尼特性好，缓和冲击和振动好。④不需润滑，绝缘性好。
与非金属弹性元件比较，金属弹性元件的优点有：①疲劳强度高，承载能力大，有利于减小联轴器的尺寸和减轻重量。②耐久性好，使用寿命长，在一般工作环境中，机械性能稳定，不会老化变质，可以长期存放，受环境影响小，工作范围广。③弹性模量大而稳定，不受工艺条件和结构因素的影响，容易控制联轴器的动力特性。
联轴器使用过程中，由于制造精度、安装误差、工作时轴的变形、轴承的磨损，以及支座的下沉等原因，被联轴器联接的两轴轴线常不可避免地存在一定的不同轴，即两轴轴线存在相对位移。当存在相对位移时，采用固定式刚性联轴器会引起附加载荷。为了避免这种现象，应采用可移式刚性联轴器或者弹性联轴器。
可移式刚性联轴器，依靠联接元件间的相对可移性来补偿被联接两轴安装时的对中误差，以及工作时的相对位移。但由于联接元件间的相对滑动时的摩擦，难免存在一定的附加载荷，其大小与相对滑动的联接元件的结构、制造精度、相对位移及滑动速度的大小以及润滑情况等有关。当两轴轴线位移过大时，附加载荷显著加大，将加剧联接元件的磨损。选用可移式刚性联轴器时，应充分考虑其对轴线位移的补偿范围，并应注意保证其润滑良好等问题。
弹性联轴器，依靠联轴器中弹性元件的弹性变形补偿所联接两轴的相对位移。与可移式刚性联轴器相比，弹性联轴器具有高扭矩刚性、灵敏性、顺时针和逆时针回转特性完全相同、零回转间隙、免维护、抗油和耐腐蚀性等特点。基于上述优点，弹性联轴器被加广泛地使用。
目前，对于弹性联轴器的研究主要包括以下两个方面：一方面是用于重型设备，如船舶、风电机组等高速大功率的应用环境，对联轴器的强度、刚度和寿命有很高的要求，所以其研究方向主要是联轴器内部的应力分布、强度、刚度与疲劳分析，以及相关的优化设计。另一方面是用于精密传动、伺服传动以及轴角检测装置的联轴器，对联轴器的传动精度有很高的要求。联轴器连接的两根轴一般情况下都存在安装误差，精密的弹性联轴器从原理和结构上应能较大限度减小由安装误差引起的转角误差，所以如何减小转角误差就是精密联轴器所要研究的重要课题。
二、弹性联轴器的主要参数
(1)额定转矩、较大转矩、许用变动转矩额定转矩是指联轴器持续工况或间断工况时出现的平均转矩的较大值；较大转矩是指联轴器为任何正常工况下产生的转矩的较高值(如启动载荷、冲击载荷、短暂的通过临界点)，较大转矩肯定会发生，但时间很短。为了防止弹性元件破坏之后，连接轴的断开，对于船舶主推进传动装置上，一般都带有扭转限位装置，当弹性元件破坏时可以使两个连接轴变成扭转刚性连接，从而保护船舶的正常运行；许用变动转矩是指在传动系统在持续工作的情况下周期性的扭转振动转矩振幅的较大值，由于弹性联轴器具有较好的扭转特性，因此能够很好地改变和优化整个传动系统的扭转振动特性，许用变动转矩是其调整扭转特性所允许的较大值。由于环境温度对许用变动转矩的影响很大，因此，在计算分析中，需要考虑梅花形联轴器运行时环境温度的影响，根据环境温度对许用变动转矩进行修正。
(2)动态扭转刚度、阻尼系数、动态径向刚度动态扭转刚度是在一个振动周期内弹性转矩与转角振幅之比，可以通过调整联轴器的动态扭转刚度来实现调整轴系的自振频率。阻尼系数表征在共振区域振动的特征参数。
在传动轴系扭转振动计算中，动态扭转刚度和阻尼系数是弹性联轴器的重要动态特性参数。动态径向刚度以单位径向位移所产生的径向反作用力表示。与联轴器主动端及从动端相连接轴的轴承能够承受由径向位移引起的径向载荷，当安装误差、轴的跳动、热膨胀、基座变形和连接主机的振动引起的径向位移过大时，导致径向载荷过大，可能损坏连接两端轴的轴承。这样给轴承的性能特性提出了高的要求，选用轴承时考虑径向载荷的因素。同时，动态径向刚度是振动分析计算中的重要参数，它的大小对振动分析的准确性影响很大，因此本文开展了弹性联轴器橡胶元件动态径向刚度计算方法的研究。
(3)许用轴向位移、许用径向位移、许用角向位移许用轴向位移主动轴端到从动轴端相对于中间平衡位置的较大允许位移量，它是由安装误差、轴的窜动、热膨胀或者基座变形等因素造成的，轴的轴向位移会使联轴器的主动轴端和从动轴端在轴向产生轴向反作用力，而轴向反作用力也要由于联轴器主动端和从动端相连接轴的轴承来承受；许用径向位移是联轴器主动轴端到从动轴端对轴线垂直方向稳定不变的，缓慢变化的或者周期性变化的较大允许位移量；许用角向位移是联轴器主动轴端与从动轴端沿轴线的较大允许相对偏转角。
(4)许用功率损耗许用功率损耗是指弹性联轴器在工作的时候，所能够承受的功率损失的较大值。由于机械传动过程中，总会发生功率的损耗，而弹性联轴器在传递转矩和功率的过程中，发生功耗的主要原因是振动的作用，并且这些功耗很多都成为热量。由于橡胶的散热性不好、耐热性差，温度过高会使橡胶发生损坏。另外橡胶元件温度过高，可能导致动态扭转刚度的下降，可能会发生共振的严重问题。因此，弹性联轴器橡胶弹性元件损坏的主要原因是功率损耗过多。许用功耗值也成为衡量弹性联轴器动态性能的重要指标。在弹性联轴器设计时一定要考虑功率损失问题，为了增强橡胶元件的散热性，橡胶元件有时会设有辅助通风孔，通风孔的设置加强了橡胶元件的散热效果，在一定程度上保证了橡胶元件的功能。
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