如何選用聯軸（zhóu）器？-數控機床市場網

如何選用聯軸（zhóu）器？

2013-4-5 來源：作者：

在伺服應用中選擇最適合型號（hào）的聯軸器可能是一（yī）件令人困惑的事情，因為伺服（fú）係（xì）統選配聯軸器是一（yī）個複雜的過程。這個過程包含（hán）了（le）很多不同的性能因素，包括力（lì）矩、軸的偏（piān）差、硬度、轉速、空間（jiān）要求等等，聯軸（zhóu）器需要滿足所有這些（xiē）以便使係統正常（cháng）的運轉（zhuǎn）。在選擇聯軸器之前，需要我們對這些聯軸器的性能（néng）和其應用進行詳盡的了解。不（bú）同類型的（de）聯軸器存在著其自身的優缺點。本文旨在向伺服（fú）聯軸器的終端用戶介紹不同類（lèi）型（xíng）聯（lián）軸器（qì）在各種伺服係統中的應用，同時幫助終端用戶（hù）指出在設計製造過程中要考慮的因素（sù）及如何有（yǒu）效連（lián）接不同產品來正（zhèng）確選擇合適的聯軸器。

開縫式聯軸器

開縫式聯軸器通常由單（dān）塊金屬製成，常用鋁、不鏽鋼，運（yùn）用平行或螺旋切縫係統來適應偏差和傳遞扭矩。它們通常有很好的性能且有價格優勢，在很多實際運用中，它是首（shǒu）選的產品。單塊原材料的設計使它實現了無背隙地傳遞力矩（jǔ）和無須維護的優勢。這裏有兩個基本的係列：螺旋槽型和平行槽型。

螺旋槽型有一條連續的多圈的長切縫，這使聯軸器具有很好的彈性（xìng）和很小的軸承負載。它可以（yǐ）承（chéng）受各種偏差（chà），最（zuì）適合用於處（chù）理角向位（wèi）移和軸向位（wèi）移，但平行偏差的承受力較弱，因為要同（tóng）時把螺旋槽在兩不同的方向彎曲，會產生很大的內部壓力，從而（ér）導致零件過早的損壞。盡管長螺旋槽型聯軸器（qì）能在（zài）承受偏（piān）差情況下很容易地彎曲，但在扭力負載的下對聯軸（zhóu）器的剛性（xìng）也有同樣（yàng）的影響（xiǎng）。扭力負載下過大的回轉間隙會影響聯軸器的精度並（bìng）削弱（ruò）其整體的（de）性（xìng）能。

螺旋槽型聯軸器是一種經濟的選擇，最適合用（yòng）於（yú）低扭矩應用中，尤其在連接（jiē）編碼器和其他較輕的儀器中。

平行槽型聯軸器通常有6－8個（gè）切縫，以此來對付低扭矩剛性問題。平行槽型慮及到了不減弱承受偏差能力的情況下使切縫變短，短的切縫使聯軸器的扭矩剛度（dù）增（zēng）強並交疊在一起，使其能承受相當大的扭矩。這（zhè）種性能使它適（shì）用於輕負荷的應用，比（bǐ）如（rú），伺服電機與絲杠（gàng）的連接。同時這種（zhǒng）性能也（yě）不是沒有任何負麵的作用的：隨著切縫尺寸的增加，其軸承負荷也（yě）會加大，但（dàn）大多數（shù）情況下，還能足夠有（yǒu）效地（dì）保護軸承。不過增（zēng）加尺寸意味著（zhe）增加承受平行偏差的能力。

現在大多數的此係列聯軸器是用鋁做的（de），但是也有一些廠商提（tí）供設計用不鏽鋼生產。不鏽鋼聯軸器除了耐腐蝕外，同時也增加了扭矩承受能力和剛度，有時能達到兩倍於鋁製同類產品。然而這（zhè）種增加的扭矩和剛度（dù）也被增加的質量和慣性而（ér）抵消（xiāo）。很多時候負麵影響也會超過其優點，這（zhè）樣使用戶不得不去尋找其（qí）他形式的聯軸器。在小型電機應用中很大比率的馬達扭矩被用來克服聯軸器的慣性，這將嚴重削弱係統的整（zhěng）體性能。

十字滑塊聯軸器

十（shí）字滑塊聯（lián）軸器,由兩個轂和一個中心滑塊組成。中心滑塊作為一個傳遞扭矩（jǔ）元件通常由塑料（liào）製（zhì）成，很少情況（kuàng）下（xià）由（yóu）金屬製（zhì）成。中心滑塊（kuài）通過兩邊呈90°相對分布的卡槽和兩側的轂連接在一（yī）起，從而來傳遞扭矩。中心（xīn）滑塊和轂間用微小的壓力進行吻（wěn）合，這種壓力能使聯軸器在設備運轉中具有無背隙（xì）運轉。隨著使用時間（jiān）增長，滑塊可（kě）能會因（yīn）受（shòu）到磨損而（ér）失（shī）去無（wú）反衝（chōng）的功能，但中心滑塊並不貴，也很容易更換，更換後仍能發（fā）揮其原有的性能。在使用過程中通過中心滑塊的滑（huá）動來適應相對位移。因為抵抗相對位移的是滑塊與轂之間的摩擦力，因此它們（men）之間的軸承負荷不會因（yīn）相對位移的增加而加大。

不像其它的聯軸（zhóu）器，它沒有能象彈簧一（yī）樣工作（zuò）的彈性部件，因此（cǐ）不會因為軸間的相對（duì）位移的（de）增加而使（shǐ）軸承負荷加大。無論如何這種（zhǒng）係列的聯軸器比較物超（chāo）所值，能選擇不同材料的滑塊是這種聯軸器的一大優勢。一些廠（chǎng）商提供多種原材料的選擇來（lái）適應不（bú）同的應用。一般來說，一類材（cái）質適用於無背隙、高扭（niǔ）矩剛性和大扭矩（jǔ）的情況下，另（lìng）一類材質適用於（yú）低精度定位、無需無背隙、但有吸（xī）震和減噪作用。非金屬滑塊還有電絕緣作用（yòng），可以充當（dāng）機械（xiè）保險絲來（lái）用。當塑料的滑塊損壞後，傳遞將被完全終止，從而（ér）保護貴重的機械零件（jiàn）。這種設計適（shì）用於大的平行相（xiàng）對位移（從0.025"到0.100"或更大要看聯軸器的尺寸）。聯軸器製造商通常（cháng）提供低於本（běn）身（shēn）能力的處理參數，以增加（jiā）零件的使用壽命。

這（zhè）種聯軸器，僅能適用於小於1°的角向相對位移和小於0.01"的軸向位（wèi）移和不高於轉速為4000轉/分鍾的情況下使用（yòng）。度數大的角向位移可使其失去勻（yún）速特性。分體的三（sān）部分設計，限製了它處理軸向位移的能力，比如不可用（yòng）在推拉式（shì）應用中。同時，因（yīn）為中心（xīn）滑塊是浮動的，兩軸運動必須保證滑塊不會脫（tuō）落。

梅花型（xíng）聯軸器

這種聯軸器一（yī）般有兩種類型，一種是傳統的直爪型的，一種是曲麵（內凹）爪型的無背隙聯軸器（qì）。傳統（tǒng）的直（zhí）爪型的不適合用（yòng）在精度很高的伺服傳動的應用中。無背隙（xì）爪型聯軸器是在直爪型的基礎上演（yǎn）變而來的，但不同的是其設計能適合（hé）伺服係統的應用。曲麵是為了（le）減少彈（dàn）性梅花塊的變形和限製高速運轉時向心力對它的影（yǐng）響。無（wú）背隙爪型聯軸器由兩個金屬轂（gū）和一個彈性（xìng）塊結（jié）合而成。梅花塊有多個葉（yè）片分支（zhī），象十字滑塊聯軸器一樣，它也是通過（guò）壓擠來使彈性塊和（hé）兩邊的轂吻（wěn）合的並（bìng）以此保證了其無背隙（xì）性能。與十字滑塊聯軸器不同的是，它是通過壓擠（jǐ）傳動的，十字滑塊（kuài）聯軸器是通過剪力傳動的。在使用無背隙爪型聯軸器時，使用者（zhě）一定要（yào）注意不能超過生產商給出的彈性元件的最大承受能力（lì）（保證無（wú）背（bèi）隙的前提下），否則（zé）彈（dàn）性元件將會被壓扁變形失（shī）去彈性，預加負荷消失，從而失去無背隙的性能，還可能在發生嚴重的問題後（hòu）使用者才會發現。

爪型聯軸器

具有很好的（de）平衡性能和適用（yòng）於高轉速應用（最大可達40000轉/分鍾），但不能處（chù）理很大的相對位移，尤其是軸向的。較大的平行（háng）和角向位移（yí）會產生比其他伺服聯軸（zhóu）器（qì）大的（de）軸（zhóu）承負荷。另一個值的關注的問題是爪型聯軸器（qì）的失效。一旦彈性（xìng）梅花塊（kuài）損（sǔn）壞或失效，力矩傳遞並（bìng）不會中斷，同時兩（liǎng）轂的金屬爪齧合在一起繼續傳遞扭矩，這很（hěn）可能會導致（zhì）係統（tǒng）出現問題。根據實際應用選擇合適的彈性（xìng）梅花塊原料（liào）是本聯軸器的一大優（yōu）勢，生產商提供各種彈性材料的梅花塊，不同的硬度和溫度承受力，讓（ràng）客戶選擇合適的材料滿足實際應用的性能標準。

膜片式聯軸器（qì）

膜片式聯軸器至少由一（yī）個膜片和兩個轂組成。膜片被用銷釘緊固在（zài）轂上一般不會鬆動或引起膜片和轂之間的反衝。有一些生產商提供（gòng）兩個膜（mó）片的，中間有一個剛性（xìng）件，兩邊再（zài）連在轂上（shàng）。單膜片和雙膜片的不同（tóng）之處是處理各種偏差能力的（de）不同，鑒於其需要膜片能複雜（zá）的彎曲，所以（yǐ）單膜片不太適應平行偏差。而雙膜片的聯軸器可以同時曲（qǔ）向（xiàng）不同的方向，以此來（lái）承受平行偏差。

這種特點有點象波紋管聯軸器，實際上聯軸器傳遞力矩的方式差不多。膜片很薄，當相對位移荷載產生時它很容易彎曲，因此可（kě）以承受高達3度的偏差，同時（shí）在伺服係統中（zhōng）產生較低的軸承負荷。膜片具有很好的扭矩剛性，稍遜波紋管聯軸器。不利方麵是，膜片式聯軸器非常精巧，如果在使用中誤（wù）用（yòng）或沒有（yǒu）正確安裝則很容易損壞。所（suǒ）以保證偏差在聯軸器的正常運轉的承受範圍之內是非常必要的。

波紋管聯軸器

波紋管聯軸器由兩個轂和一（yī）個薄壁金屬管組成，它們用或焊接或粘結的方式連接在一起。盡管很多其它的材（cái）料可用，但不（bú）鏽鋼和鎳還是最常用的金屬管（guǎn）材料。鎳管是（shì）用電沉積法（fǎ）完成的。這（zhè）種方法首先要機（jī）加工固體的芯棒，使其成波紋形，利用電鍍鎳（niè）在芯棒上，然（rán）後芯棒被（bèi）化學溶解，從而得（dé）到鎳的波紋（wén）管。這種方（fāng）法能控製波紋管壁厚的精度，並能得到比其他方法製作的波（bō）紋管更薄的壁厚。這（zhè）種薄壁波紋管（guǎn）使聯軸器具有高敏感性（xìng）和反應（yīng）迅速，使它成為理想（xiǎng）的用於極小（xiǎo）且精密的儀器應用中。不（bú）過較薄的管壁也會減少其扭矩傳遞能力，使其在實際應用中（zhōng）有很大的局限性。

不鏽鋼波（bō）紋管比鎳金波（bō）紋管更具有剛性、強度，經常用液壓整（zhěng）形來製造。加氫重（chóng）整（zhěng）就（jiù）是把薄壁管放置在機器上，利（lì）用液（yè）壓和特（tè）殊的工夾具使（shǐ）其成型（xíng）。這種波紋管聯軸器的特（tè）點（diǎn）使其成為理想的用在運動控製（zhì）中的零件。薄而均勻的管（guǎn）子在承受三種軸之間基本的偏差時而引起負荷時（shí）可以使其易彎曲，這三種基本偏差（chà）為軸（zhóu）向（xiàng）、平行和角向。一般情況下，可以承受1°－2°的角向偏差，0.01"－0.02"的平行偏差和軸向偏差。這種薄而均勻（yún）的（de）管壁使（shǐ）其產生很（hěn）低的軸承負荷，保持旋轉各（gè）點（diǎn）的（de）恒量，沒有象其他聯軸器那樣破（pò）壞循環的高（gāo）負荷點和低負荷點，且（qiě）在承受扭力負載時保持剛性。扭矩剛性是決定聯軸（zhóu）器精準度的主要因素，剛度越好傳遞的精度越高（gāo）。在伺服（fú）聯軸器（qì）中，波紋管聯軸器是剛性最（zuì）好的（de），在適應高精度和高重複性應用中是最理想的聯軸器。針對易腐蝕環境中，有的廠商提供不鏽鋼轂的（de）聯軸器（qì），這樣增加了質量降低了這種聯軸器的性能優勢。使用（yòng）鋁轂的波紋管聯軸器在實際應用（yòng）中的（de）低慣性，這在當今的迅速反應係統中是十分重要的性能。一些波紋管聯（lián）軸器的生產商（shāng）為平衡他們的聯（lián）軸器，作為（wéi）標準（zhǔn）提供其應用在高轉速（sù）的應用中（10,000轉/分鍾）

剛性聯軸器

剛性聯（lián）軸器，顧名思義，實際上是一種扭轉剛性的聯軸器，即使承受負（fù）載時也無任何回（huí）轉間隙，即便是有偏差產生負荷時，剛性（xìng）聯軸器還是剛性傳遞力矩。如果係統中有任何偏差，則會導致軸、軸承或聯軸器過早的損壞，也（yě）就是說其無法用在高速的環境下，因（yīn）為它無法補償由於高速運轉產生高溫而產生的軸間相對位移。當然，如果相對位移能被成功的（de）控（kòng）製，在伺服係統應用中剛性聯軸器也會發揮很出色（sè）的性能。盡管過去人（rén）們不讚成把剛性聯軸（zhóu）器用在伺服傳（chuán）動中，但近來由於其高扭矩承受力、剛性和無背隙性能，小規（guī）格的鋁製剛（gāng）性聯（lián）軸器日益多的應用在運動控製領域中。

總結

選擇適合的伺服聯軸器是整個係統設計（jì）的（de）重要部分，會很大影響到（dào）係統的（de）整體性能表現。基於（yú）此原因，在設計過程中應盡早地（dì）考慮聯（lián）軸器，並（bìng）把（bǎ）分（fèn）別把各種聯軸器（qì）的和係統的功能目標（biāo）排列對照，這樣可以避免在運（yùn）動控製的實際運用（yòng）中經常產生的問題。我們（men）討論的上述每種聯軸器都有其各自的特點，使其可適用於各種不同的應用中。但是（shì），單一品（pǐn）種的聯軸器不能適（shì）應於每種應用領域中。這使得目（mù）前市場上有各種品種的聯軸器（qì），給設計工程（chéng）師選（xuǎn）擇最適（shì）合（hé）的聯軸器使係統表現最優化且使用壽命長

分享（xiǎng）到：新浪微博騰訊（xùn）微博人人網 QQ空間

更多相關信息