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在精密控制设计中,联轴器的重要性决定着系统的性能好坏。选择合适的联轴器可以使设备符合性能要求,使工作时间最大化,还可以降低维护成本。
适合精密控制应用的联轴器有许多类型,每种类型都有其特有的性能特点。
联轴器选型时的参考标准,在讨论市场上各种各样的一体成型联轴器类型之前,有一些基本的参考标准需要设计人员结合其特点予以关注和理解:
第一、尺寸空间需求
基本信息如轴的尺寸、轴与轴间的空间、轴的特点(光滑、D型孔、键槽、六边形、多边形等等)和总体尺寸是选择联轴器的首要考虑因素。特殊因素需要考虑驱动件和从动件轴的尺寸差异、较大的轴间空间和安装需求。同时,有些应用如一端英制一端公制轴、非标准尺寸轴也会在选型时遇到挑战。
第二、偏差
轴的偏差是选择联轴器时需要特别注意的地方。设计人员需要考虑公差、制造商的不一致等因素对轴的偏差的影响,这可以使设计人员选择适合的联轴器以满足偏差调节的需求从而提高系统的性能并减少维护。角度偏差、平行偏差、轴向偏差(不论是推拉、热变形或是其他因素)都要考虑周全。
第三、环境考虑
大多数精密控制应用都设定在无高温、湿度、化学用品或者其它环境因素影响的环境下。然而,不是所有的应用都是理想化的,意外的情况也时常发生。极端温度包括高温和低温会降低切缝联轴器的性能,如材料强度、弹性/脆性会受到负面影响。其它特殊环境需考虑的有:化学用品会影响材料的完整性、真空环境需释气以及联轴器间的电传导(不论有意或是无意)。
第四、运行条件
设计人员在这方面选型时需要考虑多种因数,如转速、加速/减速比、回转(连续回转、启停、正反转)、循环周期(持续性是七天二十四小时不间断或者每天八小时等)。扭矩也是选型时需考虑的重要因素—不仅仅是额定扭矩,也包含系统工作时的真实扭矩。系统中加减速时的惯性载荷和机构突然停止会大幅提高施加在联轴器上的真实扭矩。在选用合适的联轴器时对这些因素需要特别注意。
第五、性能指标
对系统的性能期望需要加以考虑。在选型时考虑的因素包括精度等级、连续性、系统定位和响应的稳定时间。另外,防止轴震动的冲击、电绝缘性、期望寿命和方便维护都是需要设计人员考虑的。分析完以上所有因素,联轴器的选型工作就可以正式开始了。理解联轴器的类型以及与之对应的强度与不足 可以有助于选用合适的联轴器。
选型
请按照以下步骤,选用合适的联轴器。
选型步骤
1.选择种类
2.选择尺寸
3.根据使用温度对扭矩进行修正
4.检查最大轴孔径、最高转速
5.汇总
1.选择种类
参考根据一览表选择、根据马达选择、根据使用装置选择的说明,选择最合适的种类。
2.选择尺寸
请选择额定扭矩大于系统负荷扭矩的的规格。
额定扭矩是考虑了运行时的负载变动的值,选型时无需对额定扭矩进行修正。
选择规格时,请选择使连续运行产生的负荷扭矩在额定扭矩以下的规格。
3.根据使用温度对扭矩进行修正
使用了橡胶或树脂的联轴器,其额定扭矩和最大扭矩会因使用温度而发生变化。
当环境温度高于30℃时,请依据下表的温度修正系数调整额定扭矩和最大扭矩。
其他联轴器的额定扭矩和最大扭矩不会因使用温度而发生变化。因此不需要使用温度修正系数进行修正。
4.检查最大轴孔径、最高转速
请确认设计条件中的轴孔径和转速,在本产品目录刊载的最大轴孔径和最高转速以上。如果最大轴孔径和最高转速中的任意一项或两项均不满足条件,则请变更规格。
5.汇总
最后请根据尺寸与性能表,检查其他内容是否也满足设计条件。
6.材料的选择
材料是联轴器选型早期的一个重要因素。由于一体成型联轴器使用整块材料加工,特定材料的选择决定了其主要的性能特点。一体成型联轴器代表性的材料有铝合金或者不锈钢材质,也可以选用聚甲醛树脂、钛合金或者其它工程塑料。
铝合金材料是所有一体成型联轴器应用中最常见的选择。铝合金材料质量轻,强度和重量比使其非常适用于控制应用系统中。轻质还能实现低惯性以满足系统的高响应要求,同时还不影响产品性能。铝合金的强度和抗疲劳性使其使用寿命非常长。
不锈钢材料是一体成型联轴器另一个常见的选择。通常不锈钢材料用于提高联轴器的强度。它的强度是同等设计下铝合金材料的两倍,扭转刚度更高。设计人员在控制系统中安装不锈钢材质的一体成型联轴器需要特别谨慎。不锈钢材质的质量几乎三倍于铝合金材质,相对高的惯性会降低系统的响应精度。
不锈钢材料的最佳应用是对响应要求低的高扭矩应用或是考虑到天气、环境温度、化学用品、真空环境等环境因素时使用。基于环境因素考虑时,无涂层或不锈钢紧固件也需要特别加以考虑。
其它材料不太常用,如钛合金或者聚甲醛树脂。通常它们用于特殊应用下的特殊设计需求中。以钛合金为例,高成本和加工难度使其选择性大大降低,除非是用于满足太空应用这种最高的应用需求。
聚甲醛树脂与铝合金相比质量和惯性有优势,电绝缘特性可以保护零部件免于损坏。然而,这种材料强度非常小,只适用于低扭矩应用需求。适合电绝缘应用更好的选择是在铝合金材质中间添加绝缘块。这种组合的好处是满足绝缘的同时对强度没有影响,使其使用于多种应用需求。
总结
联轴器是精密控制系统中不可或缺的一块。一体成型联轴器是一种通用的选择,选用合适的产品可以发挥最佳的性能特点。选用正确的联轴器需要考虑多种因素,理解这些因素可以实现实现其最优的性能并避免失效。