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如 何 正 确 选 择 伺 服 连 轴 器

作者:河北京诚…    文章来源:河北京诚联轴器厂    点击数:    更新时间:2009-08-29
    在伺服应用中选择最适合型号的联轴器可能是一件令人困惑的事情, 现从正反两方面对不同联轴器的技术指标进行了阐述.
   为伺服系统选配联轴器是一个非常复杂的过程。 这个过程包含了很多使用性能,包括力矩、轴的相对位移、刚度、转速、共振、使用空间等等。这些因素为了使联轴器正常运转必须非常合适的匹配。不同的伺服联轴器存在着其自身的优缺点。本文旨在向伺服联轴器的终端用户介绍在伺服系统应用中不同联轴器的性能,同时帮助终端用户通过在设计制造过程中指出要考虑的因素。

双十字滑块联轴器
   双十字滑块联轴器,由两个毂和一个中心滑块组成。中心滑块是一个传动元件通常由塑料制成,很少情况下由金属制成。中心滑块通过两边呈90°相对分布的卡槽和两侧的毂进行插接在一起,从而来传递力矩。中心滑块和毂间有微小的压力进行吻合,这种结合能使联轴器具有零背隙的传递能力。
随着使用时间增长,滑块可能会受到磨损而失去无背隙传动功能,但中心滑块并不贵,也很容易更换,更换后仍能发挥其原有的性能。在使用过程中通过中心滑块的滑动来调和相对位移。因为抵抗相对位移的是滑块与毂之间的摩擦力,因此它们之间的轴承负荷不会因为误差的增加而加大。不像其它的联轴器, 它没有弹性元件,因此不会产生轴承负荷。
   无论如何这种系列的联轴器比较的物超所值,能选择不同材料的滑块是这种联轴器的一大优势。一些厂商提供多种的材料以适和应用的需要。一般来说,一类材质适用于无背隙、高传递刚度和大扭矩,另一类材质适用于低精度、无背隙、吸震和减噪。非金属滑块还有电绝缘作用,可以充当限矩保险来用。当中间滑块损坏后,传递将被完全终止,从而保护贵重的元器件。这种设计适用于大的平行相对位移存在0.025"-0.100"(或更大要看联轴器的尺寸)。联轴器制造商通常提供低于本身的处理参数,以增加零件的使用寿命。
    这种联轴器,仅能适用于小于0.5°的角向相对位移和小于0.005"的轴向位移和限制不高于4000rpm 的情况下使用。大的角向位移可使其降低速度额定恒量特点。分体的三片设计,使它有限的处理轴向偏差,比如推挽式移动,两轴运动必须保证滑块不会脱落。

螺旋切缝联轴器 (Beam Coupling)
   螺旋切缝式联轴器通常由单块金属制成,比如铝,运用螺旋切缝系统来平衡相对位移和传递扭矩。它们通常有很好的性能和经济的成本,在很多的应用方面它是首选的产品。单块铝棒的设计使它实现了零背隙传递力矩和无须维护的优势。这里有两个基本的系列:单缝切口型和螺旋多缝切口型。单缝切口型有一条长长的连续的多圈螺旋切缝,这使本联轴器非常具有弹性和很小的轴向荷载。它可以平衡各种相对位移,最适合用于处理角向位移和轴向位移,但对平行位移的平衡力度不是很大,因为单缝切口联轴器同时被弯向不同的方向会产生很大的内部压力,从而导致零件过早的损坏。尽管长的单缝切口能处理相对位移,但同时也受扭矩刚度要求的影响。在大扭矩下过大的间隙会影响其精度或削弱其整体的性能.
   单缝切口联轴器具有很好的经济性,比较适合用于低扭矩应用中,尤其在连接编码器和其他的扭矩较小的仪器设备。
   多缝切口联轴器通常有2-3套螺旋切缝,以此来对付低扭矩刚性问题。多缝切口型虑及到了不失去补偿相对位移的能力的情况下切缝变短,这种短的切缝使联轴器的扭矩刚度增强并交叠在一起,从使其在平衡补偿相对位移的情况下仍能承受较大的扭矩。这种性能使它适用于轻负荷的应用,比如,伺服电机与丝杠的连接。同时这种优势也不是没有任何负面的作用的。随着增加的尺寸超过单缝切口型,其轴承负荷也会加大,但大多数情况下,应用会保证足够小的扭矩的,以保证轴承的效率。一些厂商也有其他的标准和概念。除了一套多切缝切口,两套多切缝切口也同时被利用。多套多切缝切口的使用使联轴器更具弹性和纠偏能力.经过增加尺寸轻松的纠正平行相对位移,同时其他性能也优于单切缝和单套多切缝联轴器,这种联轴器可以同时曲向不同的方向因此相比更实用。
   现在大多数的此系列联轴器是用铝做的,但是也有一些厂商用不锈钢。不锈钢联轴器除了耐腐蚀外,同时也增加了扭矩承受能力和刚度,有时能达到两倍于铝制同类产品。然而这种增加的扭矩和刚度同时也被增加的质量和惯性而抵消。
   很多时候负面影响也会超过其优点,这样使用户不得不去寻找其他形式的联轴器。在微型马达应用中很大比率的马达扭矩被用来克服联轴器的惯性,这将严重削弱系统的整体性能。

零背隙爪式联轴器(Jaw Coupling)
  这种联轴器一般有两种形式,一种是传统的直面爪型的,一种是曲面爪型的无背隙联轴器。直面爪型的不适合精度很高的伺服传动要求。
  无背隙爪型联轴器是直面爪型的一个改进型,但不同的是其能适用于伺服系统的应用。曲面是为了减少弹性爪的变形和向心力对它的影响。
   这种联轴器由两个金属毂和一个弹性块,通过枝翅的相互交替咬合而成。弹性块有多个枝翅,象十字滑块联轴器一样,它也是通过压挤来使弹性块和两边的毂吻合的并以此保证了其无背隙运转的性能。与双十字滑块联轴器不同的是,它是通过压挤传动的,双十字滑块联轴器是通过剪力传动的。
   在使用中,使用者一定要注意不能超过弹性元件的最大承受能力,否则弹性元件将会被压扁变形失去弹性,预加负荷消失,从而失去无背隙的性能,并可能在发生严重的问题前损坏很难被发现。
  爪式联轴器具有很好的平衡性能和高转速(达40000rpm)但不能处理很大的相对位移,尤其是轴向的。较大的平行位移会产生比其他型号联轴器较大的轴承负荷。另一个值的关注的问题是一旦弹性爪损坏或失效,力矩传递并不会中断,同时还会简单的金属与金属啮合在一起继续传递扭矩,这很可能会导致系统出现问题。选择合适的弹性块是本联轴器的一大优势,使用者可以自由的选择合适的弹性材料,硬度,温度适应能力等以适合其应用标准。

盘式联轴器(Disc Coupling)
  盘式联轴器至少由一个盘(或金属的或合成的)和两个毂组成。盘被用销钉紧固在毂上一般不会松动。有一些是用两个盘,和一个刚性中间块,两边再连在毂上。
  两者不同有如多套螺旋切缝联轴器,鉴于其复杂的弯曲方向,所以单盘不太适合处理平行误差。而两盘的联轴器可以同时曲向不同的方向,以此来消除平行相对位移。
  这种特点有点象波纹管联轴器,实际上传递力矩的方式差不多,弹性盘很薄,当相对位移荷载产生时它很容易弯曲,因此可以处理高达2度的相对位移,同时在伺服系统中产生较低的轴承负荷。弹性盘具有很好的传递刚性,稍逊波纹管联轴器。不利方面是,它们非常精密,在使用中由于误用或没有正确安装则很容易损坏。所以保证相对误差在联轴器的正常运转的标准额定范围之内是非常必要的。

波纹管联轴器(Bellows Coupling)
   波纹管联轴器由两个毂和一个薄壁金属管组成,它们用或焊接或粘结的方式连接在一起。尽管很多其它的材料可用,但不锈钢和镍还是最常用的材料。镍金波纹管是用电沉积法完成的。这种方法首先要制定一个棒芯(固体)具有成型的波纹形,利用电沉积使镍金沉积在棒芯上,再把它们一起放入溶液中,最后棒芯被化学溶解,从而得到镍金的波纹管。这种方法能控制管壁厚的精度,并能得到更薄的波纹管。这种金属管具有高敏感性和反应迅速,使它成为理想的使其用于极小精密仪器的配件。不过同样较薄的管壁也会减少其传递的力矩。不锈钢波纹管比镍金波纹管更具有刚性,强度,经常用液压手段来制造,薄管放置在特别的机器上,利用液压使其在特殊的工具上成型。波纹管的特点使其成为理想的用在运动控制上的元件。薄而均匀的管子可以承受不同的相对位移,一般等处理1°-2°的角向位移,0.01"-0.02"的平行位移和轴向位移。
这种薄而均匀的管壁使其产生很低的轴承负荷,保持旋转各点的恒量,没有象其他联轴器那样有破坏性的高负荷点和低负荷点,所有这些使其在传递扭矩负荷时是那样毫无疑问的完美。扭力刚度是决定精准度的主要因素,刚度越好精度越高。波纹管联轴器在伺服系统高性能的应用中,在适应高精度和高重复性上是最理想的联轴器。针对易腐蚀环境中,有的厂商提供不锈钢毂的联轴器,这样增加的质量和惯性降低了其性能和优势,在实际应用中低惯性是十分必要的。

刚性联轴器(Rigid Coupling)
   刚性联轴器,就像它的名字,即便是有相对位移的存在,刚性联轴器还是刚性传递力矩没有任何弹性余地。所以,如果有相对位移,则会导致轴、轴承等过早的损坏,也就是说其无法用在高速的环境下,因为它无法补偿由于高温而行成的相对位移。当然,如果相对位移被成功的控制,在伺服系统应用中刚性联轴器也会发挥很出色的性能。
   尽管过去人们不赞成把刚性联轴器用在伺服传动中,但现在由于其高扭矩和无背隙性能,小型号的铝制刚性联轴器日益应用在运动控制领域
 
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