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聯軸器3
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聯軸器

聯軸器是一個可以連接二個不同機器的軸,在傳動過程中一起旋轉的機械元件。

聯軸器是一個可以連接二個不同機器的軸,在傳動過程中一起旋轉的機械元件。一般來說在聯軸器運作過程中,二個軸不會脫開,不過有些有扭力限制功能的聯軸器,在扭力過大時會使二軸有速度差,甚至脫開的功能。在加工車間和工廠內,也被廣泛稱為「靠背輪」。

 

聯軸器的主要用途是結合二個旋轉件,在一定程度的軸向、角度偏差或端面位移時仍能正常的運作。若妥善的選擇、安裝及維護聯軸器,可以減少大量的維修費用及停機時間[1]

 

使用目的

在機器中安裝聯軸器有許多不同的目的,最常見的目的如下:

 

功率或轉矩的傳輸

連結二個個別製造的旋轉機器的軸(如馬達和其他機械),在需要更換或維修時可以脫開。

增加機械的可撓性,允許軸有小幅度的偏差。

減少傳動時在軸上傳遞的衝擊性負載。

保護傳動軸,避免過轉矩。

調整或改善旋轉元件的振動特性。

 

聯軸器的種類

剛性聯軸器

剛性聯軸器的好處是可以精確的傳遞扭矩,不過對於二個軸的同心度要求非常高,也就是說要求二個轉軸要在同一直線上,若同心度偏差過大,不但影響聯軸器的性能,甚至可能影響其壽命。剛性聯軸器可分為以下幾類:

 

套筒聯軸器sleeve coupling):聯軸器以軸套的方式連接二個軸,其結構簡單,尺寸小,價格也低,但裝配和折卸時相當費時不便[2]

夾殼聯軸器(clamp coupling),或稱開口套筒聯軸器(split-muff coupling)或壓緊聯軸器(compression coupling):聯軸器是一個可打開、附有螺栓的夾殼,可以安裝後鎖緊螺栓使二軸連接,其優點是可以在不移動二軸的情形下,裝配或折卸聯軸器,不過二軸同心度較低,聯軸器結構較複雜,平衡精度不佳。

 

凸緣聯軸器Flange coupling):連軸器分為二部份,均帶有凸緣,組裝時先將二部份的連軸器分別用鍵和軸固定,再用螺栓組合二部份的聯軸器,其結構簡單,可傳遞較大轉矩,不過對兩軸同心度的要求也很高[3]

 

撓性聯軸器

撓性聯軸器允許在有軸向、徑向或角度偏差時傳遞力矩,舉例如下:

 

彈性套柱銷聯軸器Bushed pin type coupling):由二個軸套組成,一個軸套附有柱銷及彈性材質的套管,另一個則有對應的銷孔,利用有彈性套的銷來傳遞力矩,在軸向有撓性,有良好的動態特性,不過可能會有各柱銷受力不一的問題。

萬向接頭:是連接兩根剛桿的接頭,接頭由一對相對方位為 90° 的普通鉸鏈組成,兩剛桿在任何角度下均可運作,不過當傳動軸等速旋轉時,從動軸會有運動的變化。

十字滑塊聯軸器(Oldham coupling):專門用在傳動軸及從動軸平行不共線的場合,由三個圓盤組成,中間的滑塊圓盤兩側均有榫,兩者夾角90度,而接到主動軸及傳動軸的圓盤則有對應的榫槽,在旋轉時,滑塊圓盤會有徑向的運動。

波紋管聯軸器(Bellows coupling):由波紋管及軸套組成,結構簡單,背隙較小,但傳動力矩也較小。

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爪形聯軸器jaw coupling):在聯軸器兩軸之間加入十字形的彈性體,增加撓性並減少振動。

湯普森聯軸器Thompson coupling):一種改良型的雙萬向接頭,可以在等速情形下傳遞轉矩。

圓盤式聯軸器Disc coupling):在聯軸器兩軸之間加入一片不鏽鋼的碟型彈簧(或是有二個碟型彈簧,中間夾一個剛性中間塊),常用在伺服系統,不過因為相當精密,安裝或使用不當很容易造成損害。

膜片聯軸器Diaphragm coupling):使用膜片作為聯軸器中的彈性材質,金屬膜片可以加大旋轉剛度,塑膠或橡膠的膜片則可吸收振動[6]

齒輪聯軸器:用齒輪作為動力傳動的方式,其傳動轉矩較大,不過有背隙及需要保養為其最大的問題。

直線齒形鼠牙盤離合器Hirth coupling

 

扭力限制聯軸器

扭力限制聯軸器可以保護系統,避免出現過大的扭力。

 

聯軸器的選用及安裝

一般而言,好的聯軸器需符合以下的條件:

 

容易安裝,在需要維修及更換時也容易脫開。

傳遞效率高,損失少。允許兩軸之間有一定程度的誤差。

在運轉時可以減少兩軸間的對位誤差,提高傳動功率及機器運轉時間(包含聯軸器、軸承及油封的壽命)。

在安裝連軸器時,一般會建議配合製造商的目標中心點偏移值,使機器維持在一個非零的偏移值,其目的是使得當實際運轉時,因著溫度的變化使著偏移值維持在一個理想的範圍內。

 

軸心偏移量測

軸心偏移可以利用針盤量規(dial gauge)或測隙規(feeler gage)來量測。不過在量測時要考慮支架的凹陷及視差的影響。軸心偏移的校正可以使用雷射軸心校正,精準度很高。

 

聯軸器的保養及損壞原因

聯軸器的保養一般比較簡單,檢查項目如下:

 

目測檢查,確認是否有磨損或疲勞的徵兆,然後清潔聯軸器。

若是聯軸器需要潤滑,檢查及更換潤滑油,大部份的聯軸器一年只需要更換一次潤滑油,不過若使用在惡劣環境或是特殊的工作條件,潤滑油可能要數個月就更換一次。

記錄針對每個聯軸器作的保養工作,及保養日期[7]

不過即使聯軸器有定期保養,還是有可能損壞,以下即為在定期保養下,聯軸器損壞的原因:

 

聯軸器安裝不正確

聯軸器選用不當,使用條件超過原設計規格(如轉速過高、力矩過大等[7]

若要提昇聯軸器的壽命,就需要在更換下一個聯軸器之前,先了解其造成其損壞的原因,以下是一些聯軸器異常時,可能會出現的情形:

 

*異常噪音,包括有尖銳異音或是震顫音

*劇烈振動或擺動

*潤滑油漏出或是變髒,可能代表油封己損壞

 

聯軸器的轉動平衡校正

聯軸器一般在出廠前就會作轉動平衡校正,不過偶爾會在使用中會出現大幅的平衡偏差。聯軸器的轉動平衡校正非常困難及昂貴,一般只有在運轉公差要求很高時,才有必要進行平衡校正。系統可允許的聯軸器不平衡程度和聯接的機器特性有關,可以用詳細的分析或是經驗得知。

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