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既能精确定位又能减振的联轴器
KTR中国公司 陈旭明
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摘要：机床的精确定位要求传动必须有扭向的刚度，亦意味着必须采用刚性联轴器，但绝大多数的刚性联轴器又往往不能减振。现在向大家介绍一种既有刚性又能减振的联轴器。
关键词：联轴器；定位；减振
当今的直线传动，如CNC机床、激光切割机、铣床和机械手等均要求既定位精确，同时操作时无振动、运转平稳。在设计时，设计师会逐一选择优质的元件——电机、滚珠丝杠、主轴、工作台和轴承、联轴器，并校核每个元件，确保整个传动系统有相当的刚度，以达到精确定位的要求。设计师可能选择螺旋形或波纹管联轴器，因为其扭向刚度是爪型联轴器的5～6倍，而担心爪型联轴器有弹性变形，不能保证精度。下面的对比计算可以消除人们对此的顾虑，爪形联轴器的刚度对于整个系统的影响远远小于“5～6”倍的概念。
整个传动系统还要求消除振动，振动可能造成定位的偏差，破坏工件的表面。在这种情况下，采用中间弹性体的爪形联轴器，可减少振动，在刚度和减振中达到一个完美的平衡点。
爪型联轴器国内通常称为“梅花型联轴器”。由两个全等铝制或钢制的爪形轴套，在圆周方向上相互错开半个齿距，其间装有一个预应力的渐开线梅花形弹性体，见图1。弹性体内的预应力可保证正、反向传动无齿隙，定位精确。同时，梅花型弹性体可以吸收传动中产生的振动。爪型联轴器(Rotex GS)中的弹性体可以减震，同时这种扭向刚性联轴器保证精确的定位。
1　传动刚度的计算
下面比较两种联轴器在传动系统中的扭向刚度：金属波纹管联轴器和爪形联轴器，内径均为32mm。
机床的传动系统包括伺服电机，直线运动机构，如：滚珠丝杠(由固定轴承、球形主轴、主轴螺母和滑动轴承组成)，传动参数如下：
伺服电机的扭向刚度 Cm=90,000Nm/rad
爪形联轴器的扭向刚度 Cj=21,000Nm/rad
波纹管联轴器的扭向刚度 Cb=116,000Nm/rad
主轴键高 h=10mm
球形主轴根部直径 d=28.5mm
主轴长度 L=800mm
固定轴承的轴向刚度 Rbrg=750N/μm
主轴螺母轴向刚度 Rn=1060N/μm
减速比 i=1
直线传动的刚度 Cf=165
第一步：计算传动系统轴向刚度，然后转换成扭向刚度。主轴的轴向刚度：

（图片）

滚珠丝杠(主轴、轴承、螺母)总的轴向刚度：

（图片）

将轴向刚度转换成扭向刚度：

（图片）

第二步：计算爪形联轴器或波纹管联轴器时传动系统的刚度：爪形联轴器总的刚度

（图片）

带配波纹管联轴器总的刚度：

（图片）

通过以上计算比较，我们可以看出在两种不同系统中，总的刚度值仅差1.28%，远小于两种联轴器刚度5～6倍的差异。
在许多应用场合中，设计师为达到消除在通常刚性传动中令人头痛的振动难题，宁可牺牲1～2%的扭向刚度。通过上述比较计算，选择采用爪形联轴器可轻易地达到这个目的。
2　在直线运动中的应用
PHD公司是一家著名的生产液压、气动、自动化设备的厂家，生产系列切向皮带滑动装置，主要用于直线性多工位定位。这些装置在应用中通常由伺服电机或步进电机驱动。在过去，皮带滑动装置，通常在电机和皮带滑轮之间采用单体式螺旋型联轴器，然而由于伺服电机和螺旋型联轴器配合会产生共振的问题，PHD公司只好寻找别的联轴器。但是皮带滑动装置内的空间十分有限，因此许多联轴器无法选用。
PHD最终选择了ROTEX-GS系列的联轴器，这种联轴器具有的优点是螺旋联轴器所没有的。这种爪型联轴器的主要优点是在减振特性方面的改变，足以使系统的自然频率偏离与一般联轴器所困扰的共振频率。PHD的工程师还列举了其它许多优点，包括正反向传动无间隙、一对固定螺丝消除轴向滑动、更长的寿命等。另外，这种联轴器的中间弹性体有不同的硬度供选择，以适合不同角向和轴向的位移。
5/29/2004

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