在數(shù)控機床、精密雕刻機、銑床和自動化設(shè)備的機械手等這類的直線傳動系統(tǒng)中,系統(tǒng)要求每個運動元件運轉(zhuǎn)平穩(wěn),沒有振動,且定位準確。在設(shè)計這類的傳動系統(tǒng)時,工程師會對系統(tǒng)中的每個零件-伺服電機、滾珠絲杠、主軸、設(shè)備,軸承、聯(lián)軸器,進行相關(guān)的分析、計算、校核。以保證整個傳動系統(tǒng)的剛度,避免運轉(zhuǎn)過程中的振動,使之運轉(zhuǎn)平穩(wěn),精確定位。一般情況下,由于螺旋形的進口聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度是梅花聯(lián)軸器的5-6倍,工程師在設(shè)備設(shè)計中擔心梅花聯(lián)軸器有彈性變形,不能保證精度,更傾向于選擇螺旋管聯(lián)軸器,我們通過下面相關(guān)的對比計算,改變了爪形聯(lián)軸器的剛度對于整個系統(tǒng)的影響遠遠小于“5~6”倍的概念。
整個傳動系統(tǒng)還要求消除振動,振動可能造成定位的偏差,破壞工件的表面。在這種情況下,采用中間彈性體的爪形聯(lián)軸器,可減少振動,在剛度和減振中達到一個完美的平衡點。
爪形聯(lián)軸器國內(nèi)通常稱為“梅花型聯(lián)軸器”。由兩個全等鋁制或鋼制的爪形軸套,在圓周方向上相互錯開半個齒距,其間裝有一個預(yù)應(yīng)力的漸開線梅花形彈性體。彈性體內(nèi)的預(yù)應(yīng)力可保證正、反向傳動無齒隙,定位精確。同時,梅花型彈性體可以吸收傳動中產(chǎn)生的振動。爪形聯(lián)軸器(Rotex GS)中的彈性體可以減震,同時這種扭向剛性聯(lián)軸器保證精確的定位。
1. 傳動剛度的計算
下面比較兩種聯(lián)軸器在傳動系統(tǒng)中的扭向剛度:金屬波紋管聯(lián)軸器和爪形聯(lián)軸器,內(nèi)徑均為32mm。
機床的傳動系統(tǒng)包括伺服電機,直線運動機構(gòu),如:滾珠絲杠(由固定軸承、球形主軸、主軸螺母和滑動軸承組成),傳動參數(shù)如下:
伺服電機的扭向剛度 Cm=90,000Nm/rad
爪形聯(lián)軸器的扭向剛度 Cj=21,000Nm/rad
波紋管聯(lián)軸器的扭向剛度 Cb=116,000Nm/rad
主軸鍵高 h=10mm
球形主軸根部直徑 d=28.5mm
主軸長度 L=800mm
固定軸承的軸向剛度 Rbrg=750N/μm
主軸螺母軸向剛度 Rn=1060N/μm
減速比 i=1
直線傳動的剛度 Cf=165
第一步:計算傳動系統(tǒng)軸向剛度,然后轉(zhuǎn)換成扭向剛度。主軸的軸向剛度:
第二步:計算爪形聯(lián)軸器或波紋管聯(lián)軸器時傳動系統(tǒng)的剛度:爪形聯(lián)軸器總的剛度
通過以上計算比較,我們可以看出在兩種不同系統(tǒng)中,總的剛度值僅差1.28%,遠小于兩種聯(lián)軸器剛度5~6倍的差異。
在許多應(yīng)用場合中,設(shè)計師為達到消除在通常剛性傳動中令人頭痛的振動難題,寧可犧牲1~2%的扭向剛度。通過上述比較計算,選擇采用爪形聯(lián)軸器可輕易地達到這個目的。