金屬彈性聯軸器

　
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彈性聯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、內摩擦大、重量輕、阻尼性能好、無機械摩擦等優點，但橡膠強度低、易蠕變、易老化、耐油耐熱性差、振動劇烈時要注意溫升，另外負荷性能不穩定(由于制造時硬度偏差較大)。金屬彈性元件強度高，傳遞載荷能力大，使用壽命長，受溫度影響小，但成本較高．常用材料為高強度的彈性鋼，如60Si2Mn和50CrVA等。其結構形式主要有：簧片、卷簧、蛇形彈簧、膜片(盤)、圓柱彈簧等。本文從專利文獻的角度，對金屬彈性軸聯軸器的技術發展作簡要回顧。同時，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。
彈性聯軸器是用來調整傳動裝置軸系扭轉振動特性，補償因振動、沖擊引起的主、從動機軸線位移，并不間斷地傳遞轉矩和運動的一種設備。它廣泛用于柴油機動力裝置以及具有較大干擾力矩的傳動裝置軸系中，以實現減振降噪的目的，并起到保護主、從動機和提高整個傳動裝置運行可靠性的作用。


（一）風箱形（bellows-type）金屬彈性聯軸器

1985年日本Mochizuki; Masanori等人發明了一種金屬風箱型彈性聯軸器，申請美國專利US4645473（申請日1985.06.25授權公告日1987.2.24）。該聯軸器兩側具有螺紋圓柱部件，部件的外表面具有錐形的螺紋，結構見圖2。該專利已經到期。

1999年德國Chr.Mayr GmbH & Co.KG也發明了用于兩軸相互傳輸扭矩的金屬風箱型彈性聯軸器，申請美國專利US6413164（申請日1999.03.19授權公告日2002.07.02），結構見圖3。

（二）格柵形（Grid-type）金屬彈性聯軸器

格柵形彈簧聯軸器以20世紀60年代開始美國FALK公司開發的專利產品為代表。其較早申請的專利US3079773（申請日1961.4.20授權公告日1963.3.5）彈性聯軸器，使用連續的蛇形金屬格柵作為彈性扭矩傳輸部件，結構見圖1。

該公司后續申請的專利對相關技術進行了改進，如US4413980（申請日1981.02.24授權公告日1983.11.08）用于連接從動軸和驅動軸的彈性聯軸器，包含一對轂聯接到各自的旋轉軸上，每個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。

隨著時間推移，這2件專利都已成為過保護期的專利。其它類似的相關專利還有US4925431（申請日1988.03.10授權公告日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，未進入中國，且即將到期。

（三）簧片式（spring-type）金屬彈性聯軸器

簧片式彈性聯軸器又稱蓋斯林格聯軸器，該型聯軸器彈性元件由淬火硬化彈簧鋼制造的簧片組組成。該聯軸器的特點是阻尼性能好、扭轉彈性優良，但安裝復雜、使用要求高(如需滑油冷卻)、補償位移能力較小、轉動慣量大、造價高、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）作為扭轉減震器的彈性聯軸器，包含由楔形物夾緊的頁狀彈簧束。在彈簧束(1)和中間片(2)之間軸向驅動箝位楔(4)。薄墊片(7)與楔連同，以俘獲偏差，結構見圖6。該專利還申請了奧地利專利AT197906540，未進入中國，現這些專利保護期已屆滿。

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）通過內部件(1)和外部件(2)之間的彈簧部件(3)傳送扭矩，節流點(7)使液體填充的腔體(6)相互連接，用泵向腔體供液，通風管(10)自腔體引出后回到逆流腔，其截面小于節流點，結構見圖7。該專利還申請了奧地利專利并被授權AT405866，申請了日本專利并被授權JP3772323，未進入中國。

該公司就簧片式金屬彈性聯軸器申請了多項專利，除了上述兩件之外，還包括DE3023300、US4262499、GB2001731、US4104891。該類產品獲得了商業上的成功，商品名為Classic Geislinger Coupling，是一類扭轉彈性的高阻尼聯軸器，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等標準類型。扭矩最高可達1800kN以上。

（四）膜片式（membrane-type）金屬彈性聯軸器

德國CENTA公司在傳動系統開發方面處于國際比較領先的地位。1994年CENTA-ANTRIEBE KIRSCHEY發明了圓環形并排金屬膜作為彈性元件的彈性聯軸器，申請美國專利US5545090（申請日1994.02.15授權公告日1996.08.13），結構見圖4。該專利還申請了歐洲專利EP0611895、日本專利JP6323339、德國專利DE4304611，但未進入中國。后來該發明產品獲得了商業上的成功，商品名為CENTAX-M系列，用于輪船推進，采用雙鋼膜作為彈性元件，扭矩范圍12.5-160kN以上。

其實，膜片式金屬彈性聯軸器的發明構思最早在20世紀70年代就已經出現。1974年MCNAMEE A申請的美國專利US3959988（申請日1974.11.08授權公告日1976.06.01）高強度聯軸器包含許多凹環金屬膜片，半徑截面方向的厚度恒等，結構見圖5。該專利還申請了英國專利GB 1443217，未進入中國，現保護期已屆滿。

（五）繞線式金屬彈性聯軸器

1989胡年豐申請的中國實用新型專利ZL89217780.2（申請日1989.10.06公開日1991.04.10）一種高彈性聯軸器，用于動力機械主從軸系的彈性聯接。周向均列的彈性元件１聯接于聯軸器的主從轂體４、５，由多股鋼絲絞合線經金屬夾板固聯成的彈性元件的螺旋環狀彈性體構成了聯軸器主從轂體間環形自由變形空間，聯軸器主從轂體在軸向、徑向和軸傾角等方向通過環形自由變形空間構成彈性位移補償特征。適用于船用主、輔機，內燃機，柴油機，電動機和液壓馬達等驅動的各類（特別是設有單層或雙層彈性隔振基礎）動力裝置的軸系聯接，結構見圖8。該項專利申請于1991.12.04被授權，1993.08.25公告專利權終止(未繳年費專利權終止)。

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）用于扭矩傳遞驅動連接的聯軸器部件，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(7)，形成空腔(8)，結構見圖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。進入奧地利并被授權AT406078，未進入中國。

（六）“彈簧鉤套＋銷子螺桿”式金屬彈性聯軸器

1970年奧地利GEISLINGER & CO SCHWINGUNGSTECHNIK GMBH發明的交通工具傳輸軸聯軸器，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），結構見圖10。該專利保護期已屆滿。

1988年該公司就相關產品的改進申請了歐洲專利EP374344（申請日1988.12.15公開日1990.06.27）：彈性聯軸器(1)有兩個部件(2,3)和聯鎖連接凸緣(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。一個連接凸緣(5)包含多個獨立扇區(11)，每個獨立扇區(11)形成一個彈簧帶連接節(12)。優選扇區位于外連接凸緣上。每個扇區有兩個螺栓孔用于連接到軸法蘭上。可以補償軸向、徑向和管狀軸位移。結構見圖11。該專利指定國包括AT DE FR，未進入中國。

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

三爪聯軸器，水泵聯軸器膜片聯軸器結構
　　 膜片聯軸器至少由一個膜片和兩個軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會松動或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產商提供兩個膜片的，也有提供三個膜片的，中間有一個或兩個剛性元件，兩邊再連在軸套上。單膜片聯軸器和雙膜片聯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雜的彎曲，所以單膜片聯軸器不太適應偏心。而雙膜片聯軸器可以同時曲向不同的方向，以此來補償偏心。
膜片聯軸器的特點
　　 膜片聯軸器這種特性有點像波紋管聯軸器，實際上聯軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當相對位移荷載產生時它很容易彎曲，因此可以承受高達1.5度的偏差，同時在伺服系統中產生較低的軸承負荷。膜片聯軸器常用于伺服系統中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯軸器。另一方面，膜片聯軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯軸器的正常運轉的承受范圍之內是非常必要的。選擇適合的聯軸器是用好聯軸器的關鍵一步，在設計階段就得考慮選用什么類型的聯軸器了。 　　聯軸器與齒式聯軸器相比，沒有相對滑動，不需要潤滑、密封，無噪聲，基本不用維修，制造方便，可部分代替齒式聯軸器。膜片聯軸器在國際上工業發達國家應用已很普通，在我國已制訂機械行業標準，最近已修訂為新的行業標準：JB/T 9147-1999（代替ZB/T J19022-90） 聯軸器各轉矩間的關系。
膜片聯軸器的正確選擇
　　 膜片聯軸器的正確選擇： 　　1、 膜片聯軸器至少由一個膜片和兩個軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會松動或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產 商提供兩個膜片的，也有提供三個膜片的，中間有一個或兩個剛性元件，兩邊再連在軸套上。 　　2、 膜片聯軸器這種特性有點像波紋管聯軸器，實際上聯軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當相對位移荷載產生時它 很容易彎曲，因此可以承受高達1.5度的偏差，同時在伺服系統中產生較低的軸承負荷。 　　3、 膜片聯軸器常用于伺服系統中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯軸器。 　　4、 另一方面，膜片聯軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯軸器的正常運轉的承受范圍之 內是非常必要的。 　　5、根據軸徑調整型號： 　　初步選定的軸承聯軸器聯接尺寸，即軸孔直徑d和軸孔長度L，應符合主、從動端軸徑的要求，否則還要根據軸徑d調整聯軸器的規格。 　　主、從動端軸徑不相同是普通現象，當轉矩、轉速相同，主、從動端軸徑不相同時，應按大軸徑選擇聯軸器型號。新設計的傳動系統中， 應選擇符合GBT3852中規定的七種軸孔型式，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軸承聯軸器產品標準的規定。
膜片聯軸器的應用
　　 廣泛用于各種機械裝置的軸系傳動，如水泵（尤其是大功率、化工泵）、風機、壓縮機、液壓機械、石油機械、印刷機械、紡織機械、化工機械、礦山機械、冶金機械、航空（直升飛機）、艦艇高速動力傳動系統、汽輪機、活塞式動力機械傳動系統、履帶式車輛，以及發電機組高速、大功率機械傳動系統，經動平衡后應用于高速傳動軸系已比較普遍。