金屬彈性聯(lián)軸器

　
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彈性聯(lián)軸器的性能主要取決于所采用的彈性元件。彈性元件分金屬彈性元件和非金屬彈性元件。非金屬彈性元件主要是橡膠彈性元件，它具有彈性模量范圍大、內(nèi)摩擦大、重量輕、阻尼性能好、無機(jī)械摩擦等優(yōu)點(diǎn)，但橡膠強(qiáng)度低、易蠕變、易老化、耐油耐熱性差、振動(dòng)劇烈時(shí)要注意溫升，另外負(fù)荷性能不穩(wěn)定(由于制造時(shí)硬度偏差較大)。金屬彈性元件強(qiáng)度高，傳遞載荷能力大，使用壽命長，受溫度影響小，但成本較高．常用材料為高強(qiáng)度的彈性鋼，如60Si2Mn和50CrVA等。其結(jié)構(gòu)形式主要有：簧片、卷簧、蛇形彈簧、膜片(盤)、圓柱彈簧等。本文從專利文獻(xiàn)的角度，對金屬彈性軸聯(lián)軸器的技術(shù)發(fā)展作簡要回顧。同時(shí)，文章對所介紹國外專利的有效期、在華申請情況等也作了介紹。
彈性聯(lián)軸器是用來調(diào)整傳動(dòng)裝置軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性，補(bǔ)償因振動(dòng)、沖擊引起的主、從動(dòng)機(jī)軸線位移，并不間斷地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)的一種設(shè)備。它廣泛用于柴油機(jī)動(dòng)力裝置以及具有較大干擾力矩的傳動(dòng)裝置軸系中，以實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的，并起到保護(hù)主、從動(dòng)機(jī)和提高整個(gè)傳動(dòng)裝置運(yùn)行可靠性的作用。


（一）風(fēng)箱形（bellows-type）金屬彈性聯(lián)軸器

1985年日本Mochizuki; Masanori等人發(fā)明了一種金屬風(fēng)箱型彈性聯(lián)軸器，申請美國專利US4645473（申請日1985.06.25授權(quán)公告日1987.2.24）。該聯(lián)軸器兩側(cè)具有螺紋圓柱部件，部件的外表面具有錐形的螺紋，結(jié)構(gòu)見圖2。該專利已經(jīng)到期。

1999年德國Chr.Mayr GmbH & Co.KG也發(fā)明了用于兩軸相互傳輸扭矩的金屬風(fēng)箱型彈性聯(lián)軸器，申請美國專利US6413164（申請日1999.03.19授權(quán)公告日2002.07.02），結(jié)構(gòu)見圖3。

（二）格柵形（Grid-type）金屬彈性聯(lián)軸器

格柵形彈簧聯(lián)軸器以20世紀(jì)60年代開始美國FALK公司開發(fā)的專利產(chǎn)品為代表。其較早申請的專利US3079773（申請日1961.4.20授權(quán)公告日1963.3.5）彈性聯(lián)軸器，使用連續(xù)的蛇形金屬格柵作為彈性扭矩傳輸部件，結(jié)構(gòu)見圖1。

該公司后續(xù)申請的專利對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，如US4413980（申請日1981.02.24授權(quán)公告日1983.11.08）用于連接從動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)軸的彈性聯(lián)軸器，包含一對轂聯(lián)接到各自的旋轉(zhuǎn)軸上，每個(gè)轂具有軸向伸出的齒，兩轂之間為格柵形扭矩傳送元件，包含許多直的金屬橫檔，其端部聚集到一彈性體部件中。

隨著時(shí)間推移，這2件專利都已成為過保護(hù)期的專利。其它類似的相關(guān)專利還有US4925431（申請日1988.03.10授權(quán)公告日1990.05.15），其申請了加拿大專利CA1317773、世界專利WO1989009346、澳大利亞專利AU198932891、歐洲專利EP363463、日本專利JP2503946，未進(jìn)入中國，且即將到期。

（三）簧片式（spring-type）金屬彈性聯(lián)軸器

簧片式彈性聯(lián)軸器又稱蓋斯林格聯(lián)軸器，該型聯(lián)軸器彈性元件由淬火硬化彈簧鋼制造的簧片組組成。該聯(lián)軸器的特點(diǎn)是阻尼性能好、扭轉(zhuǎn)彈性優(yōu)良，但安裝復(fù)雜、使用要求高(如需滑油冷卻)、補(bǔ)償位移能力較小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、造價(jià)高、維修性差等。

1980年奧地利GEISLINGER & CO SCHWINGUNGSTECHNIK GMBH申請的德國專利DE3033302（申請日1980.09.04公開日1981.04.23）作為扭轉(zhuǎn)減震器的彈性聯(lián)軸器，包含由楔形物夾緊的頁狀彈簧束。在彈簧束(1)和中間片(2)之間軸向驅(qū)動(dòng)箝位楔(4)。薄墊片(7)與楔連同，以俘獲偏差，結(jié)構(gòu)見圖6。該專利還申請了奧地利專利AT197906540，未進(jìn)入中國，現(xiàn)這些專利保護(hù)期已屆滿。

1998年該公司申請的德國專利DE19839470（申請日1998.08.29公開日1999.03.25）通過內(nèi)部件(1)和外部件(2)之間的彈簧部件(3)傳送扭矩，節(jié)流點(diǎn)(7)使液體填充的腔體(6)相互連接，用泵向腔體供液，通風(fēng)管(10)自腔體引出后回到逆流腔，其截面小于節(jié)流點(diǎn)，結(jié)構(gòu)見圖7。該專利還申請了奧地利專利并被授權(quán)AT405866，申請了日本專利并被授權(quán)JP3772323，未進(jìn)入中國。

該公司就簧片式金屬彈性聯(lián)軸器申請了多項(xiàng)專利，除了上述兩件之外，還包括DE3023300、US4262499、GB2001731、US4104891。該類產(chǎn)品獲得了商業(yè)上的成功，商品名為Classic Geislinger Coupling，是一類扭轉(zhuǎn)彈性的高阻尼聯(lián)軸器，使用沿半徑方向排列的鋼彈簧束作為彈性元件，分51H、51U、81N、81H、81U、125N、125H、125U、185N等系列，和B、BC、BE、C、F等標(biāo)準(zhǔn)類型。扭矩最高可達(dá)1800kN以上。

（四）膜片式（membrane-type）金屬彈性聯(lián)軸器

德國CENTA公司在傳動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)方面處于國際比較領(lǐng)先的地位。1994年CENTA-ANTRIEBE KIRSCHEY發(fā)明了圓環(huán)形并排金屬膜作為彈性元件的彈性聯(lián)軸器，申請美國專利US5545090（申請日1994.02.15授權(quán)公告日1996.08.13），結(jié)構(gòu)見圖4。該專利還申請了歐洲專利EP0611895、日本專利JP6323339、德國專利DE4304611，但未進(jìn)入中國。后來該發(fā)明產(chǎn)品獲得了商業(yè)上的成功，商品名為CENTAX-M系列，用于輪船推進(jìn)，采用雙鋼膜作為彈性元件，扭矩范圍12.5-160kN以上。

其實(shí)，膜片式金屬彈性聯(lián)軸器的發(fā)明構(gòu)思最早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)出現(xiàn)。1974年MCNAMEE A申請的美國專利US3959988（申請日1974.11.08授權(quán)公告日1976.06.01）高強(qiáng)度聯(lián)軸器包含許多凹環(huán)金屬膜片，半徑截面方向的厚度恒等，結(jié)構(gòu)見圖5。該專利還申請了英國專利GB 1443217，未進(jìn)入中國，現(xiàn)保護(hù)期已屆滿。

（五）繞線式金屬彈性聯(lián)軸器

1989胡年豐申請的中國實(shí)用新型專利ZL89217780.2（申請日1989.10.06公開日1991.04.10）一種高彈性聯(lián)軸器，用于動(dòng)力機(jī)械主從軸系的彈性聯(lián)接。周向均列的彈性元件１聯(lián)接于聯(lián)軸器的主從轂體４、５，由多股鋼絲絞合線經(jīng)金屬夾板固聯(lián)成的彈性元件的螺旋環(huán)狀彈性體構(gòu)成了聯(lián)軸器主從轂體間環(huán)形自由變形空間，聯(lián)軸器主從轂體在軸向、徑向和軸傾角等方向通過環(huán)形自由變形空間構(gòu)成彈性位移補(bǔ)償特征。適用于船用主、輔機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，柴油機(jī)，電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)的各類（特別是設(shè)有單層或雙層彈性隔振基礎(chǔ)）動(dòng)力裝置的軸系聯(lián)接，結(jié)構(gòu)見圖8。該項(xiàng)專利申請于1991.12.04被授權(quán)，1993.08.25公告專利權(quán)終止(未繳年費(fèi)專利權(quán)終止)。

1998年奧地利GEISLINGER & CO SCHWINGUNGSTECHNIK GMBH申請的歐洲專利EP943827（申請日1998.12.14公開日1999.9.22）用于扭矩傳遞驅(qū)動(dòng)連接的聯(lián)軸器部件，包括筒形本體(2)、端面凸緣(3,4)和反向螺旋線繞線組(21,22)。繞線組包括纏繞長度上的線(5,6),繞線組之間相互留有距離。相鄰線之間的繞線相互連接于交叉點(diǎn)(7)，形成空腔(8)，結(jié)構(gòu)見圖9。該專利指定國包括AL AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LT LU LV MC MK NL PT RO SE SI。進(jìn)入奧地利并被授權(quán)AT406078，未進(jìn)入中國。

（六）“彈簧鉤套＋銷子螺桿”式金屬彈性聯(lián)軸器

1970年奧地利GEISLINGER & CO SCHWINGUNGSTECHNIK GMBH發(fā)明的交通工具傳輸軸聯(lián)軸器，具有扭矩彈簧和軸向位移柱塞，申請了德國專利DE2166436（申請日1970.09.30公開日1974.03.21），結(jié)構(gòu)見圖10。該專利保護(hù)期已屆滿。

1988年該公司就相關(guān)產(chǎn)品的改進(jìn)申請了歐洲專利EP374344（申請日1988.12.15公開日1990.06.27）：彈性聯(lián)軸器(1)有兩個(gè)部件(2,3)和聯(lián)鎖連接凸緣(4,5)。后者具有彈簧皮帶(6,7)用于傳輸扭矩，由緊配螺釘(9)閂住。一個(gè)連接凸緣(5)包含多個(gè)獨(dú)立扇區(qū)(11)，每個(gè)獨(dú)立扇區(qū)(11)形成一個(gè)彈簧帶連接節(jié)(12)。優(yōu)選扇區(qū)位于外連接凸緣上。每個(gè)扇區(qū)有兩個(gè)螺栓孔用于連接到軸法蘭上�？梢匝a(bǔ)償軸向、徑向和管狀軸位移。結(jié)構(gòu)見圖11。該專利指定國包括AT DE FR，未進(jìn)入中國。

1997年再次改進(jìn)的彈簧鉤套＋銷子螺桿式金屬彈性聯(lián)軸器，已申請德國專利DE19839451（申請日1998.08.29公開日1999.3.25），優(yōu)先權(quán)AT 19971610 A 19970923。用于傳送扭矩的彈性聯(lián)軸器，兩個(gè)銷子螺桿(9,10)中至少一個(gè)(10)置于過大孔(12)中，與2個(gè)聯(lián)軸器部件的凸緣(4,5)相連接。剩余環(huán)狀間隙(13)由可硬化的填充材料(14)，優(yōu)選合成樹脂填充。連接凸緣帶有沿半徑的通道，與孔相通，結(jié)構(gòu)見圖12。該專利還申請了奧地利專利并被授權(quán)AT404977，未進(jìn)入中國

三爪聯(lián)軸器，水泵聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)
　　 膜片聯(lián)軸器至少由一個(gè)膜片和兩個(gè)軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會(huì)松動(dòng)或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產(chǎn)商提供兩個(gè)膜片的，也有提供三個(gè)膜片的，中間有一個(gè)或兩個(gè)剛性元件，兩邊再連在軸套上。單膜片聯(lián)軸器和雙膜片聯(lián)軸器的不同之處是處理各種偏差能力的不同，鑒于其需要膜片能復(fù)雜的彎曲，所以單膜片聯(lián)軸器不太適應(yīng)偏心。而雙膜片聯(lián)軸器可以同時(shí)曲向不同的方向，以此來補(bǔ)償偏心。
膜片聯(lián)軸器的特點(diǎn)
　　 膜片聯(lián)軸器這種特性有點(diǎn)像波紋管聯(lián)軸器，實(shí)際上聯(lián)軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當(dāng)相對位移荷載產(chǎn)生時(shí)它很容易彎曲，因此可以承受高達(dá)1.5度的偏差，同時(shí)在伺服系統(tǒng)中產(chǎn)生較低的軸承負(fù)荷。膜片聯(lián)軸器常用于伺服系統(tǒng)中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯(lián)軸器。另一方面，膜片聯(lián)軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯(lián)軸器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的承受范圍之內(nèi)是非常必要的。選擇適合的聯(lián)軸器是用好聯(lián)軸器的關(guān)鍵一步，在設(shè)計(jì)階段就得考慮選用什么類型的聯(lián)軸器了。 　　聯(lián)軸器與齒式聯(lián)軸器相比，沒有相對滑動(dòng)，不需要潤滑、密封，無噪聲，基本不用維修，制造方便，可部分代替齒式聯(lián)軸器。膜片聯(lián)軸器在國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家應(yīng)用已很普通，在我國已制訂機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最近已修訂為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JB/T 9147-1999（代替ZB/T J19022-90） 聯(lián)軸器各轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系。
膜片聯(lián)軸器的正確選擇
　　 膜片聯(lián)軸器的正確選擇： 　　1、 膜片聯(lián)軸器至少由一個(gè)膜片和兩個(gè)軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會(huì)松動(dòng)或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產(chǎn) 商提供兩個(gè)膜片的，也有提供三個(gè)膜片的，中間有一個(gè)或兩個(gè)剛性元件，兩邊再連在軸套上。 　　2、 膜片聯(lián)軸器這種特性有點(diǎn)像波紋管聯(lián)軸器，實(shí)際上聯(lián)軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當(dāng)相對位移荷載產(chǎn)生時(shí)它 很容易彎曲，因此可以承受高達(dá)1.5度的偏差，同時(shí)在伺服系統(tǒng)中產(chǎn)生較低的軸承負(fù)荷。 　　3、 膜片聯(lián)軸器常用于伺服系統(tǒng)中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯(lián)軸器。 　　4、 另一方面，膜片聯(lián)軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯(lián)軸器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的承受范圍之 內(nèi)是非常必要的。 　　5、根據(jù)軸徑調(diào)整型號： 　　初步選定的軸承聯(lián)軸器聯(lián)接尺寸，即軸孔直徑d和軸孔長度L，應(yīng)符合主、從動(dòng)端軸徑的要求，否則還要根據(jù)軸徑d調(diào)整聯(lián)軸器的規(guī)格。 　　主、從動(dòng)端軸徑不相同是普通現(xiàn)象，當(dāng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速相同，主、從動(dòng)端軸徑不相同時(shí)，應(yīng)按大軸徑選擇聯(lián)軸器型號。新設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)中， 應(yīng)選擇符合GBT3852中規(guī)定的七種軸孔型式，推薦采用J1型軸孔型式，以提高通用性和互換性，軸孔長度按i軸承聯(lián)軸器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
膜片聯(lián)軸器的應(yīng)用
　　 廣泛用于各種機(jī)械裝置的軸系傳動(dòng)，如水泵（尤其是大功率、化工泵）、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、液壓機(jī)械、石油機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、化工機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、航空（直升飛機(jī)）、艦艇高速動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、汽輪機(jī)、活塞式動(dòng)力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、履帶式車輛，以及發(fā)電機(jī)組高速、大功率機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)動(dòng)平衡后應(yīng)用于高速傳動(dòng)軸系已比較普遍。