数控铣床联轴器的整体综述

数控铣床联轴器的整体综述
叶楠
（江西理工大学，机电工程学院，江西赣州 341000；）
摘要：联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。

一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。

数控机床一般用膜片联轴器和梅花联轴器。

膜片联轴器具有零回转间隙和径向，角向和轴向偏差补偿功能，适用于高转速和大扭矩数控机床。

论文作者重点综述了数控机床所用的膜片联轴器的国内外研究现状以及其主要的性能特点，并从其结构特点，膜片材料，实际应用方面进行了较为深入的探讨。

关键词：联轴器；膜片联轴器；研究现状；结构特点；膜片材料；应用；
1.前言
联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。

一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接[1]。

数控机床一般用膜片联轴器和梅花联轴器。

膜片联轴器具有零回转间隙和径向，角向和轴向偏差补偿功能。

膜片联轴器俗称钢片挠性联轴器。

该联轴器主要通过弹性膜片来实现减震及角向、轴向、径向位移补偿，可理想地应用于各种工况条件下传递扭矩，还适用于高转速和大扭矩数控机床。

2.联轴器的研究现状及结构特点
2.1普通联轴器的研究现状及结构特点
普通联轴器的应用最为广泛。

它又分为刚性联轴器和弹性联轴器两种。

刚性联轴器又分为刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器。

刚性固定式联轴器要求被连接的两轴对中十分精确，且对这种精度在工作中不会变化。

因此，这类联轴器虽然结构简单、价格低廉，但使用要求过于苛刻，因此很少使用。

但是，在某些场合必须用刚性固定式联轴器，比如需要通过联轴器传递轴向力的场合，或者某些重载机组用其他联轴器不能满足传扭要求时。

人们十分熟悉和广泛使用的齿式联轴器就属于这一类。

这类联轴器由于存在元件之间的相对移动，所以必须提供润滑，而且他的补偿能力受可移动原件的相对滑动速度和润滑条件的制约。

为了提高这种联轴器的角向补偿能力，齿式联轴器常常做成鼓形齿，结构比较复杂，而且一旦润滑上出了问题将大大降低其使用效果和寿命，这就促使了干式联轴器的发展和使用[2]。

弹性联轴器靠弹性元件的弹性变形来补偿两轴线的相对位移，还可缓冲减震，避免共振。

弹性元件分为金属弹性元件和非金属弹性元件两类。

金属弹性元件比非金属弹性元件强度高，传递载荷能力大，而且不存在老化问题，使用寿命长，受温度影响小，特别适合在连续运转的工业流程动力设备中使用。

特别是膜片联轴器的出现不仅很好地解决早期其他联轴器存在的组多问题，而且能很方便地通过对设计的调整来满足与机组的匹配，因此膜片联轴器已成为替代齿式联轴器和非金属弹性元件联轴器的使用最为广泛地一种联轴器，其优越的性能成为数控机床的首选产品。

近几年来，在一些老机组的改造中更是大显身手。

2.2膜片联轴器的研究现状及结构特点
膜片联轴器在工业发达国家的应用见于20世纪60、70年代。

改革开放后，随着大型成套工业装置的引进，膜片联轴器逐步为国人所了解。

由于膜片联轴器具有诸多优点，现已成为流动动力设备，数控机床设备的首选。

20世纪80年代初，国内的一些科研机构开始了膜片联轴器的设计和应用研究。

历经20多年的发展，其应用业绩已从小功率、低转速的泵组发展到大功率、高转速的中重型机组。

国产膜片联轴器已经基本上替代了进口产品。

以此同时，在原来采用齿式联轴器的老机组改造中膜片联轴器也经常被采用，且发挥了重要作用。

在国际上八十年代开始大量应用该种新产品，如在医用设备，数控机床和各种精密机械以及车辆、船舶等机械，在军工方面也有大量应用。

膜片联轴器的关键材料是金属膜片，它既要有较好的弹性又要具有较高的耐疲劳性能，否则会产生早期失效。

金属膜片材料一般均采用进口奥氏体不锈钢，国内用材与国外并无差别；在设计计算方面，有限元优化技术已经普遍被采用，国内主流企业的产品性能已经和国外优秀品牌相当。

在加工工艺方面，精冲、激光切割、各种精度加工中心已经应用到膜片联轴器的零件制造过程中，零件加工精度和表面状态与国外产品已无大的差异[2]。

我国自行研制生产的此类产品，在高速大功率的应用方面，已经达到了发达国家的先进水平；我国已不再需要进口此类产品。

全部用国产材料，尤其是关键材料膜片板材的替代成功表明，此类产品大规模应用的条件已经成熟；缩小了在挠性传动元件方面与发达国家间存在的差距[3]膜片联轴器主要通过弹性膜片来实现减震及角向、轴向、径向位移补偿，可应用于各种工况条件下传递扭矩。

膜片联轴器另一个显著的特点是允许转速高，可以高达20000rpm以上，无需润滑。

由于具有挠性，该产品能有效地保护两端设备，提高工作效率，减少设备的震动[4]。

2.3膜片联轴器膜片材料种类与性能[4]
膜片在运行过程中受到的是拉应力和压应力，以及在三向位移补偿时产生的弯曲应力和高周循环疲劳应力膜片联轴器为了适应各种工况条件，一般分成常规型、耐高周疲劳型、耐热型、耐腐蚀型。

这四种型号的基本结构都一样，只是膜片材料牌号不一样，为了经济性和满足以上所提及的受力状况，常规型的膜片采用1cr18Nj9l／2H冷轧不锈钢片耐高周疲劳型膜片材料采用OCrl8 Ni9z／3H不锈钢片，耐热型膜片材料采用1 5—5PH沉淀硬化不锈钢片。

耐腐蚀型膜片材料在国外有资料介绍采用Inconel 781合金材料，经过研究、试验以及实际工况考核，采用904L不锈钢片，该钢片完全能胜任工况要求，而且在经济性方面比Inconel 718廉价好几倍综合膜片联轴器的设计，要求膜片材料具有以下规格和性能，如果耐热型在300。

C以下也要具有以下性能：
1.材料厚度分0.25—0.5mm
2.材料强度为1000—1150MPa
3.材料硬度为3ZO一350
4.材料反复弯曲纵向≥85次，横向≥知次
5.材料杨氏模量190-205GPa。

6.耐热型要能耐300.C
7.耐腐蚀型年腐蚀率小于l×10 mm／a。

2.4膜片联轴器的实际应用举例[3]
2.4.1 阻尼及减振降噪特性
某厂两型军用履带车辆通用底盘的减振降噪项目是国家“七五”期间重大科研课题，通过厂所间的共同协作，于1989年完成了规定的90OO千米试车任务。

通过实施整体减振及在传动系统中采用4组膜片联轴器后，噪音比原来下降15～20dB，彻底解决了原齿型联轴器齿面磨损等一系列技术同题，取得了极为令人满意的结果，已通过设计和生产定型。

自1985年装车试验到1995年底止，已经在近五种型号上装备了一千多台此型联轴器。

本研究成果还为那些因结构限制，而必须采用半齿型加膜片组件的设计提供了设计和使用经验。

2.4.2 无需润滑，取代传统联轴器
沈阳黎明燃机成套公司航空改装陆用燃机发电机组(HFR--5)，多年来一直使用鼓型齿联轴器，运行中普遍存在齿面溶化粘接现象，造成了机组振动，不仅影响油田正常生产，而且也给机组运行人员带来了较大危险。

自机组安装了LM--807A联轴器后，振动由原1．8～
2.Og(超过机组规定的1.1g)下降至O.55g，彻底解决了机组运行的老大难问题。

其后该公司已陆续在此类机组上全部换下了原鼓型齿联轴器而装上膜片联轴器。

2.4.3 轴向刚度非线性变化
实验结果表明，膜片组件在轴向力作用下呈现非线性特性。

利用这一特性，成功地解决了大庆油田和胜利油田注水泵用电机因启动时磁中心飘移所造成的烧瓦问题。

在注水泵和电机间原采用弹性柱销联轴器，启动时固胶圈安装不均产生一轴向力，此力拉动电机转子向泵的方向移动。

待正常运行时，电机转子回复力小于已存在的轴向拉力，导致靠水泵一侧的轴瓦烧损，继而加剧了振动，严重影响油田生产。

安装膜片联轴器之后，膜片组件承受了启动时电机转子施加的轴向位移并对电机转子施加一回复力，待电机稳定运行时，其转子在膜片组件回复力作用下，将保持自由磁中心状态运行。

广一注水站的成功经验，很快在胜利、大庆等油田采用，使数十台注水装置得以正常运行。

参考文献：
[1]钱文明.联轴器CN201210200855，2012.10.3
[2]徐阳，赵金阳，陈永祥，王永梅.国产膜片联轴器的技术及应用进展-流体机械2010（11）
[3]王昭埔.膜片联轴器的特性及其应用.船舰科学技术.1997
[4]曹逸苍.膜片联轴器及膜片材料-传动技术1994.5.上海材料研究所。