既能精確定位又能減振的聯軸器

　　摘要：機床的精確定位要求傳動必須有扭向的剛度，亦意味著必須采用剛性聯軸器，但絕大多數的剛性聯軸器又往往不能減振。現在向大家介紹一種既有剛性又能減振的聯軸器。
　　 關鍵詞：聯軸器；定位；減振聯軸器的新技術動向

　　當今的直線傳動，如CNC機床、激光切割機、銑床和機械手等均要求既定位精確，同時操作時無振動、運轉平穩。在設計時，設計師會逐一選擇優質的元件——電機、滾珠絲杠、主軸、工作臺和軸承、聯軸器，并校核每個元件，確保整個傳動系統有相當的剛度，以達到精確定位的要求。設計師可能選擇螺旋形或波紋管聯軸器，因為其扭向剛度是爪型聯軸器的5～6倍，而擔心爪型聯軸器有彈性變形，不能保證精度。下面的對比計算可以消除人們對此的顧慮，爪形聯軸器的剛度對于整個系統的影響遠遠小于“5～6”倍的概念。
　　 整個傳動系統還要求消除振動，振動可能造成定位的偏差，破壞工件的表面。在這種情況下，采用中間彈性體的爪形聯軸器，可減少振動，在剛度和減振中達到一個完美的平衡點。
　　 爪型聯軸器國內通常稱為“梅花型聯軸器”。由兩個全等鋁制或鋼制的爪形軸套，在圓周方向上相互錯開半個齒距，其間裝有一個預應力的漸開線梅花形彈性體，見圖1。彈性體內的預應力可保證正、反向傳動無齒隙，定位精確。同時，梅花型彈性體可以吸收傳動中產生的振動。爪型聯軸器(Rotex GS)中的彈性體可以減震，同時這種扭向剛性聯軸器保證精確的定位。

1　傳動剛度的計算

　　下面比較兩種聯軸器在傳動系統中的扭向剛度：金屬波紋管聯軸器和爪形聯軸器，內徑均為32mm。
　　 機床的傳動系統包括伺服電機，直線運動機構，如：滾珠絲杠(由固定軸承、球形主軸、主軸螺母和滑動軸承組成)，傳動參數如下：

伺服電機的扭向剛度 Cm=90,000Nm/rad
爪形聯軸器的扭向剛度 Cj=21,000Nm/rad
波紋管聯軸器的扭向剛度 Cb=116,000Nm/rad
主軸鍵高 h=10mm
球形主軸根部直徑 d=28.5mm
主軸長度 L=800mm
固定軸承的軸向剛度 Rbrg=750N/μm
主軸螺母軸向剛度 Rn=1060N/μm
減速比 i=1
直線傳動的剛度 Cf=165

　　第一步：計算傳動系統軸向剛度，然后轉換成扭向剛度。主軸的軸向剛度：
　　
　　 滾珠絲杠(主軸、軸承、螺母)總的軸向剛度：
　　
　　 將軸向剛度轉換成扭向剛度：
　　
　　 第二步：計算爪形聯軸器或波紋管聯軸器時傳動系統的剛度：爪形聯軸器總的剛度
　　
　　 帶配波紋管聯軸器總的剛度：
　　
　　 通過以上計算比較，我們可以看出在兩種不同系統中，總的剛度值僅差1.28%，遠小于兩種聯軸器剛度5～6倍的差異。
　　 在許多應用場合中，設計師為達到消除在通常剛性傳動中令人頭痛的振動難題，寧可犧牲1～2%的扭向剛度。通過上述比較計算，選擇采用爪形聯軸器可輕易地達到這個目的。
2　在直線運動中的應用

　　PHD公司是一家著名的生產液壓、氣動、自動化設備的廠家，生產系列切向皮帶滑動裝置，主要用于直線性多工位定位。這些裝置在應用中通常由伺服電機或步進電機驅動。在過去，皮帶滑動裝置，通常在電機和皮帶滑輪之間采用單體式螺旋型聯軸器，然而由于伺服電機和螺旋型聯軸器配合會產生共振的問題，PHD公司只好尋找別的聯軸器。但是皮帶滑動裝置內的空間十分有限，因此許多聯軸器無法選用。

　　PHD最終選擇了ROTEX-GS系列的聯軸器，這種聯軸器具有的優點是螺旋聯軸器所沒有的。這種爪型聯軸器的主要優點是在減振特性方面的改變，足以使系統的自然頻率偏離與一般聯軸器所困擾的共振頻率。PHD的工程師還列舉了其它許多優點，包括正反向傳動無間隙、一對固定螺絲消除軸向滑動、更長的壽命等。另外，這種聯軸器的中間彈性體有不同的硬度供選擇，以適合不同角向和軸向的位移。