近年來,在機床和自動化機械領(lǐng)域正廣泛應(yīng)用聯(lián)軸器來連接伺服電機,滾珠絲杠,編碼器等元件上,和一般的制造機械不同的是,必須要求其輸出相對于輸入具有很高的追隨性。
聯(lián)軸器是連接機械系統(tǒng)的驅(qū)動軸和從動軸,用于傳遞動力的機械要素,幾乎所有的制造機械都使用。它的基本作用是吸收兩軸的偏心、偏角和軸向位移誤差,順利地傳遞動力。
根據(jù)使用目的,聯(lián)軸器的種類也多種多樣。近年由于伺服馬達的急速發(fā)展,適應(yīng)高速和高精度控制的需求越來越被強調(diào)。尤其在運動控制方面極具代表性。用于高性能機械裝置上的聯(lián)軸器以金屬聯(lián)軸器為主,如金屬板簧式(又稱金屬膜片型,本文以下均稱為金屬板簧式)和螺旋彈簧型。由于聯(lián)軸器的滯后損失和背隙對機械系統(tǒng)的應(yīng)答性和定位精度的影響非常大,因此在使用上須十分注意。
聯(lián)軸器的種類
一般聯(lián)軸器分彈性和補償兩大類,即彈性聯(lián)軸器和補償聯(lián)軸器。彈性聯(lián)軸器是利用撓性材料的變形來吸收軸心誤差,如波紋管型、金屬板簧型、螺旋彈簧型、十字平行切縫型以及橡膠/樹脂型等。金屬類聯(lián)軸器大多無背隙且扭轉(zhuǎn)剛性強。補償聯(lián)軸器是通過聯(lián)軸器部件間的間隙和滑動來吸收軸心誤差的,具代表性的如歐氏聯(lián)軸器和十字銷型聯(lián)軸器等。由于滑動部會發(fā)生背隙,一般在高精度定位控制上,其性能表現(xiàn)是有局限的。
聯(lián)軸器的特性
當(dāng)馬達軸旋轉(zhuǎn),并對機械系統(tǒng)加了一定的扭矩時,如果被驅(qū)動部件沒有運轉(zhuǎn),馬達的輸出(轉(zhuǎn)角和扭矩)被伺服系統(tǒng)的彈性所吸收,從馬達軸的角度來說這種現(xiàn)象就稱為空轉(zhuǎn)。聯(lián)軸器的空轉(zhuǎn)由扭轉(zhuǎn)剛性所決定,剛性越強空轉(zhuǎn)越小。扭轉(zhuǎn)剛性由部件的撓性材料和固定插軸的轂的剛性所決定。
1.扭轉(zhuǎn)特性
聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)彈性常數(shù)是表示扭轉(zhuǎn)方向上剛性大小的數(shù)值。根據(jù)不同種類的聯(lián)軸器,其數(shù)值也有很大不同。
靜扭轉(zhuǎn)特性和動扭轉(zhuǎn)特性在金屬聯(lián)軸器上幾乎沒有差別。但是在橡膠/樹脂型聯(lián)軸器上是有差別的,如應(yīng)用在較易受靜扭轉(zhuǎn)特性影響的伺服馬達上時,必須注意。
圖1和圖2表示橡膠/樹脂型聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)彈性常數(shù)和hysteresis的測定結(jié)果。從圖中可以知道橡膠/樹脂型聯(lián)軸器(圖1)的滯后閉環(huán)曲線的面積和相對于縱坐標的傾斜度均比金屬板簧式聯(lián)軸器(圖2)大。也就是說橡膠/樹脂型聯(lián)軸器的滯后損失(正逆轉(zhuǎn)回歸原位置誤差)大,且扭轉(zhuǎn)彈性常數(shù)小,其對高精度運動控制的不良影響令人擔(dān)心。
從圖中還可知道,和橡膠/樹脂型聯(lián)軸器相比,金屬板簧式聯(lián)軸器的滯后損失小,且旋轉(zhuǎn)傳遞誤差極小,非常適用于高精度運動控制。
2.背隙
聯(lián)軸器的背隙是指在傳遞扭矩時,由于聯(lián)軸器部件間存在有間隙而造成傳遞扭矩為零的現(xiàn)象。金屬板簧式和螺旋彈簧型的聯(lián)軸器不存在背隙。
歐氏及十字銷等補償型聯(lián)軸器,因滑動部件存在間隙而一定存在背隙。圖3和圖4所表示的是十字銷聯(lián)軸器在額定扭矩下進行耐久試驗前后所測出的遲滯曲線。
可以從中了解到耐久試驗前后的遲滯曲線發(fā)生了很大的變化,背隙量也隨使用時間的增加而增加。因此,在使用部件間有滑動或部件相嵌合的聯(lián)軸器時,必須注意背隙引起的性能低劣化。
高性能聯(lián)軸器
最近聯(lián)軸器被越來越多地應(yīng)用在機床和半導(dǎo)體制造機械等通過伺服系統(tǒng)控制的精密機械上。在這些領(lǐng)域里,和一般的制造機械不同的是,必須要求其輸出相對于輸入具有很高的追隨性。
特別是在要求高頻率正逆轉(zhuǎn),高精度定位以及20 000r/min以上的高速旋轉(zhuǎn)的工作機床上使用時,聯(lián)軸器除了本身必須具備高剛性外,還必須具有能耐受反復(fù)扭轉(zhuǎn)負載的高彈性疲勞限度的能力,以適應(yīng)高速運轉(zhuǎn)。因此,除了聯(lián)軸器本來必須的高剛性、低慣和無背隙等特點以外,為了提高其耐受能力,選材也可以說是極為重要的一環(huán)。
可以預(yù)見,今后隨著驅(qū)動系統(tǒng)的進步,對包括聯(lián)軸器在內(nèi)的機械系統(tǒng)的要求會越來越高。
過去,人們只是將聯(lián)軸器作為一個機械部件來考慮,但是,隨著使用聯(lián)軸器的機械裝置本身用途的多樣化,為達到更高的性能,對于聯(lián)軸器的認識,已經(jīng)從一個單純的機械部件轉(zhuǎn)變?yōu)槟茏笥艺麄機械系統(tǒng)性能的重要的機械要素。
因此,光靠聯(lián)軸器廠家獨自的產(chǎn)品開發(fā)來滿足用戶的要求也變得越來越困難。現(xiàn)在,用戶和廠家聯(lián)手合作,共同開發(fā)符合機械系統(tǒng)要求的聯(lián)軸器已經(jīng)成為一種趨勢 |