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如何選用聯（lián）軸器？

2013-4-5 來源：作者：

在伺服應用中選擇最適合（hé）型號的聯軸器可能是一件令人困惑的事情，因為伺服係統選配聯軸器是一個複雜的過程。這個過程包含了很多不同的性能（néng）因（yīn）素（sù），包括力矩、軸的偏差、硬度、轉速、空間要（yào）求等等，聯軸器需要滿足所有這些以便使係（xì）統正（zhèng）常的運轉（zhuǎn）。在選擇聯軸器之前，需要我們對這些聯（lián）軸器的性能和其應用進行詳盡的了解。不同類（lèi）型的聯軸器存（cún）在著其自身的優缺點。本文旨在向伺服聯軸器的終端用戶介紹不同類型聯軸器在各種伺服係統中的應用，同時幫助終端用（yòng）戶指出在設計製造過程中要考慮的因素及如何有效連接不同產品來正確選擇合適的聯軸器。

開縫式聯軸器

開縫式聯（lián）軸器通常由單塊金屬製成，常用鋁、不鏽鋼，運用平行或螺旋切縫係統來適應偏（piān）差和傳遞（dì）扭矩。它們通常有很好的性能且有價格優（yōu）勢，在很多（duō）實（shí）際運用中，它是首選的產品。單塊原材料的設計使它實現了無背隙地傳遞力矩和無須維護（hù）的優勢（shì）。這裏有兩個基本的係列：螺旋（xuán）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（zhóu）器具（jù）有很好的彈（dàn）性和很小的軸承負載。它可以承受各種偏差（chà），最適合（hé）用於處理角向位（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（bǎ）螺旋槽在兩不同的方向彎曲，會產生很大的內部壓力，從而導致零件過早的損壞（huài）。盡管長螺旋槽型聯軸器能在承受偏差情況（kuàng）下（xià）很容易地彎曲，但在扭力負載的下對聯（lián）軸器的剛性也有同樣的影響。扭力負載下（xià）過大的回轉間隙（xì）會影響聯軸器的精（jīng）度並削弱（ruò）其整體的性能。

螺旋槽型聯軸器是（shì）一種經濟的選擇，最適合用（yòng）於低扭矩應用中，尤其在連（lián）接編碼器和其他較輕的儀器（qì）中。

平行槽型（xíng）聯軸器通常有6－8個切縫，以此來對付低扭矩剛性問題。平行槽（cáo）型慮及到了（le）不減弱承受（shòu）偏差能力的情況（kuàng）下使切縫（féng）變短，短的切縫使（shǐ）聯軸器的扭矩剛度增強並交（jiāo）疊在（zài）一起，使其能承（chéng）受相當大的扭矩。這種性能使它適用於輕負荷的應（yīng）用，比如，伺（sì）服電（diàn）機與絲杠的連接。同時這種性能（néng）也（yě）不是沒有（yǒu）任何負（fù）麵的作用的：隨著切縫尺寸的增加，其軸承負荷也（yě）會加（jiā）大，但大多數情（qíng）況下，還能足夠有效地（dì）保（bǎo）護軸承。不過增加尺寸意味著增加承受平行（háng）偏差的能力。

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

十字滑塊聯軸（zhóu）器

十字（zì）滑塊聯軸器,由（yóu）兩個轂（gū）和一個中心滑塊組成。中心滑塊作為一個傳遞扭矩元件通常由（yóu）塑（sù）料製成，很少情況下由（yóu）金屬製成。中（zhōng）心滑塊（kuài）通過兩邊呈90°相（xiàng）對分布的卡槽和兩側的轂連接在一（yī）起，從而來傳遞扭矩。中心滑塊和轂間用（yòng）微小的（de）壓力進行吻合，這種壓力能使聯軸器在設備運轉中具有無背隙運轉。隨著使用時間增長，滑塊可能會因受到磨（mó）損而失去無反（fǎn）衝的功（gōng）能，但中心滑塊（kuài）並不貴，也很容易更（gèng）換，更換後仍能發揮其原（yuán）有的性能。在使用過（guò）程中通過中心滑（huá）塊的滑動來適應相對位（wèi）移。因為抵抗相對位移（yí）的（de）是滑塊與轂之（zhī）間的摩擦力，因（yīn）此它們之間的軸（zhóu）承負荷（hé）不會因相對位移的增加而加大。

不像其它的（de）聯軸器，它沒（méi）有能象彈簧一樣（yàng）工作的彈性部件，因此（cǐ）不（bú）會因為軸（zhóu）間的相對位（wèi）移（yí）的增加而使軸承負荷加大。無論如何這（zhè）種係列的聯軸器比較物超所值，能選擇不同材料的滑塊是這種聯軸（zhóu）器的（de）一大（dà）優勢。一些廠商提供多種原（yuán）材料的選（xuǎn）擇來適應不同的應用。一般來說，一類材質適用於無背隙、高扭矩剛性和（hé）大扭（niǔ）矩的情況（kuàng）下，另（lìng）一類材質（zhì）適用於低精度定位、無需（xū）無背隙、但有吸震和減噪（zào）作用。非金屬滑塊還有電絕緣作用，可以（yǐ）充當機械保險絲來（lái）用。當塑料的滑塊損壞（huài）後，傳遞將被完全終止，從而保護（hù）貴重的機械零件。這種設（shè）計適用於大的平行相對（duì）位移（從0.025"到0.100"或更大要看聯軸（zhóu）器的尺寸）。聯軸器製造商通常提供低於本身能（néng）力的處理參數，以增（zēng）加零件（jiàn）的使用壽命。

這種聯軸器，僅能適用於小於1°的角（jiǎo）向相對（duì）位移（yí）和小於0.01"的軸向位（wèi）移和（hé）不高於轉速為4000轉/分鍾的情況下使用。度數大的角向（xiàng）位移可（kě）使其失去勻速特性。分體的三部（bù）分設計，限製了它處理軸向位移的能力（lì），比如不可用在推拉（lā）式應用中。同時，因為中心滑塊是浮（fú）動的，兩軸運動（dòng）必須保證滑塊不（bú）會（huì）脫落。

梅花型（xíng）聯軸器

這種聯（lián）軸器一般有兩種類型，一種是（shì）傳統的直爪型的，一（yī）種是曲麵（miàn）（內凹）爪型的無背隙聯軸器。傳統的直爪型的不適合用在精度很高的伺服傳動的應用中。無背隙爪型（xíng）聯軸器是在直爪型的（de）基礎上演變而來的，但不同的（de）是其設計能適合伺服係統的應用。曲麵是為了減少彈性梅花塊的變（biàn）形和限製高速運轉時向心力（lì）對它的影響。無背隙爪型聯軸器由兩個金屬轂和一個彈性塊結合而成。梅花塊（kuài）有多個葉片分支，象（xiàng）十字（zì）滑塊聯軸器一樣，它也是通過壓擠（jǐ）來使彈性塊和兩邊的轂吻合的（de）並以此保證了其無背隙性能。與十字滑塊聯軸器不同（tóng）的是，它是通過壓擠傳動的，十（shí）字滑（huá）塊聯（lián）軸（zhóu）器是通（tōng）過剪力傳動的。在使用無（wú）背隙（xì）爪型聯軸器時，使用者一定要注意（yì）不（bú）能超過生產商給出（chū）的彈性元件的最大承受能力（保證無背隙的前提下），否則彈性元件將會被壓扁變形失去彈性，預加負荷消失，從而（ér）失去無背隙的性能，還可能（néng）在發生嚴重的問題後使用者才會（huì）發現。

爪型聯軸器

具（jù）有很好（hǎo）的平衡性（xìng）能和適用於高轉速應用（yòng）（最大可達40000轉/分鍾），但不能處理（lǐ）很大的相對位移，尤其是軸向的。較大的平行和角向位移會產生比其他伺服聯軸器大的軸承負荷。另一個值的關注的問題（tí）是爪型聯軸器（qì）的失（shī）效。一旦彈性梅花塊（kuài）損壞或失效，力矩傳遞並不會中斷，同時兩轂的金（jīn）屬爪齧合在一起繼續傳遞扭矩，這很可能會導致（zhì）係統出現問題。根據實際應用選擇合適（shì）的彈性梅花塊原料（liào）是本聯軸（zhóu）器的一大優勢（shì），生產商提供各（gè）種彈性材（cái）料的梅花（huā）塊，不同的硬（yìng）度和溫度（dù）承受（shòu）力，讓客戶選擇合適的材料滿足實際應用的性能標（biāo）準。

膜片式聯軸器

膜片式聯軸器至少由一個膜片和兩（liǎng）個轂組成。膜片被用銷（xiāo）釘緊固（gù）在轂上一般不會鬆動或引起膜片和（hé）轂之間的反衝。有（yǒu）一些生產商提（tí）供（gòng）兩個膜片的，中間有一個剛（gāng）性件，兩邊再連在轂上。單膜片（piàn）和雙膜片的不同之處是（shì）處理各種偏差能力的（de）不同，鑒於其需要膜片能複雜的彎曲，所以（yǐ）單膜片不（bú）太適應平行偏差。而雙膜片的聯（lián）軸器可以同（tóng）時曲向不同的方向，以此來承受平行偏差。

這種（zhǒng）特點有點象波紋管聯軸器，實際（jì）上聯軸器傳遞力矩（jǔ）的（de）方式差不多。膜片很薄，當相對位移（yí）荷載產生時（shí）它（tā）很（hěn）容易彎曲，因此可以承（chéng）受高達3度的偏差，同時在伺服（fú）係統（tǒng）中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，如果在使用中誤用或（huò）沒有（yǒu）正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯軸器的（de）正常運轉的承受範圍之內是非常（cháng）必要的。

波紋管聯軸器

波紋管聯軸器由兩個轂（gū）和一個薄壁金屬管（guǎn）組成，它們用或焊接或（huò）粘結的方式連接在一起（qǐ）。盡管很多其它的（de）材料可用，但不（bú）鏽鋼和鎳還是最常用的金屬管材料。鎳管是用（yòng）電（diàn）沉積法完成的。這種方法首先要機加工固體（tǐ）的芯（xīn）棒，使其成波紋形，利用電鍍鎳在芯棒上，然後芯棒被化學溶解，從（cóng）而得到鎳的波紋管。這種方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紋管更薄的壁厚。這種薄壁波紋管使聯軸器具有高敏（mǐn）感性和（hé）反應迅速，使它成為（wéi）理想的用於（yú）極小且精密的儀器應用中。不過較薄的管壁也（yě）會減少其扭矩傳遞能力，使其在實際應用中有很（hěn）大（dà）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，經常用液壓整形來製造（zào）。加氫重整就是把薄壁管放置在機器上，利用液壓和（hé）特殊的工夾具使其成型。這種波紋管聯（lián）軸器的特點使（shǐ）其成為理（lǐ）想（xiǎng）的用在運動控製中的零件。薄而均勻的管子在承（chéng）受（shòu）三（sān）種軸之間基本的偏差時（shí）而（ér）引起負荷時可（kě）以使其易彎曲，這三種基本偏差為軸向、平行和角向。一（yī）般情況下，可以承受1°－2°的角向（xiàng）偏差，0.01"－0.02"的平行（háng）偏差和軸向偏差。這種薄而均勻（yún）的（de）管壁（bì）使其產生很低的軸承負荷，保（bǎo）持旋轉各點的恒量（liàng），沒有象其他聯軸器那樣破壞循環的高負荷點和低負荷（hé）點，且在承受扭力負載時保持剛性。扭矩（jǔ）剛性是決定聯軸器精準度的主要因素，剛度越好傳遞的精度越高。在伺服聯軸器中，波紋管聯軸（zhóu）器是剛性最好的，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聯軸器，這樣增加了質量降低了這種聯軸器的性能優勢（shì）。使用鋁轂的波紋管聯軸器在（zài）實際應用中的低（dī）慣性，這在當今（jīn）的迅速反（fǎn）應係統（tǒng）中是十分重要的性能。一些波紋管聯軸器的生產商為平（píng）衡他們的聯軸器，作為標（biāo）準提供其（qí）應用（yòng）在高轉速的應用中（10,000轉/分鍾）

剛性聯軸器（qì）

剛性聯軸器，顧名思義，實際（jì）上是一種扭轉剛性的（de）聯軸器，即使承受負（fù）載時也（yě）無任何回轉（zhuǎn）間隙，即便是有偏差產生負荷時，剛性聯軸器還是剛性傳遞力矩。如果係統中（zhōng）有任何偏差，則會導致軸（zhóu）、軸承或聯軸器過早的（de）損壞，也就是說其無法用在（zài）高速的環境（jìng）下，因為它無法補償由於高速運轉（zhuǎn）產生高溫而產生（shēng）的（de）軸間相對位移。當然，如（rú）果相對位移能被（bèi）成功的控製，在伺服係統應用中剛性聯軸器也會發（fā）揮（huī）很出色的性能。盡管過去人們不讚（zàn）成把剛性聯軸器用在伺服（fú）傳動中，但近來由於其高扭矩承受力、剛性（xìng）和無背隙性能（néng），小規格的鋁製剛性聯軸器（qì）日益多的應用在運動控製領域中。

總（zǒng）結

選擇適合的伺服聯軸器（qì）是整個係統設計的重要（yào）部分（fèn），會很大影響到係統的整體性能表現。基於此原因，在設計過程（chéng）中應盡早地考慮聯軸器，並把分別把各種聯軸器的和係統的功能目標排列對照，這樣可以避免在運動控（kòng）製的（de）實際運用中經常產生的問題。我們討論（lùn）的上述每種聯軸器都有其（qí）各自的特點，使其可適（shì）用於各種不同的應用中。但是，單（dān）一（yī）品種的聯軸器不能適應於每（měi）種應（yīng）用領域中。這使得目前市場上有各種品（pǐn）種的聯軸器，給設計工程師選擇最適合的（de）聯軸器使係統表現最優化且使用壽命（mìng）長

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