波纹管联轴器

工业产品

波纹管联轴器是用外形呈波纹状的薄壁管（波纹管）直接与两半联轴器焊接或粘接来传递运动的。这种联轴器的结构简单，外形尺寸小，加工安装方便，传动精度高，主要用于要求结构紧凑，传动精度较高的小功率精密机械和控制机构中。

简介

纹管联轴器由两个毂和一个薄壁金属管组成，它们用或焊接或粘结的方式连接在一起。尽管很多其它的材料可用，但不锈钢和镍还是最常用的金属管材料。镍管是用电沉积法完成的。这种方法首先要机加工固体的芯棒，使其成波纹形，利用电镀镍在芯棒上，然后芯棒被化学溶解，从而得到镍的波纹管。这种方法能控制波纹管壁厚的精度，并能得到比其他方法制作的波纹管更薄的壁厚。这种薄壁波纹管使联轴器具有高敏感性和反应迅速，使它成为理想的用于极小且精密的仪器应用中。

联轴器的结构组成

联轴器结构输入端为夹紧箍结构，通过夹紧螺钉产生预紧力，将动力输入轴与夹紧箍固联为一体。其输出端为胀紧结构，通过胀紧螺钉预紧锥体，使胀紧套膨胀，与动力输出轴内孔配合，连接为一个整体。中间为波纹管结构，波纹管两端与输入、输出端胶接固联。

优势

1.波纹管联轴器无间隙,高灵敏度

2.弹性高,更能很好的保护设备

3.可吸收振动,同时补偿径向,角向和轴向偏差能力强

4.抗油污,耐腐蚀性强

5.扭向刚性,顺时针与逆时针回转特性完全相同

6.常用于数控机床,分度盘等产业机械

故障产生的可能原因分析

波纹管式联轴器打滑失效，通常情况下是由夹紧箍、胀紧套或波纹管胶接面故障造成的。故障原因分析如下：

a) 联轴器输入端故障：夹紧螺钉损坏或松脱，夹紧箍结构损坏或夹紧箍上加紧螺纹损坏使夹紧箍不能正常夹紧动力输入轴；

b) 联轴器波纹管故障：波纹管结构损坏，波纹管与夹紧箍或胀紧端胶接面脱胶使波纹管不能正常传递动力；

c) 联轴器输出端故障：胀紧螺钉损坏或松脱，胀紧套结构损坏或胀紧套上胀紧螺纹损坏使胀紧套不能正常胀紧动力输出轴。

故障机理分析

由联轴器结构可知，联轴器与动力输出轴(减速机轴) 通过胀紧套胀紧进行传递动力，与动力输入轴通过夹紧箍夹紧传递动力，联轴器夹紧端和胀紧端通过波纹管传递动力，波纹管与胀紧端及夹紧箍通过胶粘进行连接。故障部位在夹紧箍与波纹管。

在夹紧箍的径向加工有两条预变形槽，槽宽约2mm，有夹紧螺钉的一端直径方向上为通槽，深度方向与波纹管连接处未开透，截面为斜面;另一条槽径向未开通，而其纵向与波纹管连接处却未开透，截面为斜面。

夹紧时，用力矩扳手按规定值拧紧夹紧螺钉，通过夹紧箍的变形消除孔轴间隙，达到夹紧目的。从截面图可知，夹紧时，由于两条预变形槽的存在，该处截面较弱，变形主要在两条预变形槽部位。有夹紧螺钉一侧的预变形槽截面面积最小，该处截面最弱，其末端有八字形永久变形痕迹，说明夹紧状态该处应力较大，大于超硬铝的屈服极限。

由应力分布图可知，只要锥齿轮箱与主减速机完成装配夹紧，夹紧螺钉一侧的预变形槽胶接面处所受的应力值即为164Mpa，变形幅度为0.027mm。发射架运转时，联轴器受交变复合应力的作用，该处应力和变形将更大。

如果在制造时胶接面处有微量缺陷如空穴、夹杂物、疵点产生，当交变应力超过粘接强度时，首先在联轴器胶接面应力最大区域内有缺陷处产生微裂纹，形成疲劳源。由于裂纹尖端处的应力集中，随应力循环次数的增加和受恒定应力时间的延长，裂纹逐渐扩展。随着裂纹的扩散，胶接面被逐渐削弱，当裂纹达到一定尺寸时，便产生疲劳破坏。联轴器在前期试验时能够正常工作，随着使用时间的延长，其裂纹逐渐扩散，即使载荷较小，联轴器也会失效。

胶接处的应力存在是形成故障的潜在隐患。为了避免联轴器夹紧箍夹紧时产生较大应力，一般在夹紧箍上进行环形切槽进行应力释放。

故障复现

针对机理分析，对故障进行了复现。取设备上使用的同型号联轴器在试验工装上用力矩扳手进行模拟加载。试验时，通过加大扭矩的方式进行加速疲劳试验。在施加扭矩时，从40N.m开始，逐渐加载到最大可承受扭矩，每个扭矩点至少加载三次。当加载到接近额定扭矩时，听到联轴器内有两声轻微响声，检查联轴器无损坏和变形。继续加载到额定扭矩，无异常情况发生。放置4天后，重新进行加载试验。从40N.m 开始加载时，夹紧箍和波纹管胶接面即产生相对转动。该故障点与故障联轴器位置一致。

加载时的异常响声是胶接缺陷应力最大处微裂纹扩散爆裂的声音。该处破坏后，应力重新分配，达到新的平衡，即使继续加载，裂纹也不至于马上大面积扩散导致联轴器失效。施加的扭矩载荷卸载后，夹紧力矩依然存在。夹紧应力及环境应力仍然会使裂纹缓慢扩散。随着时间的推移，当到达一定程度时，即使施加较小扭矩，也可使其破坏。通过以上试验复现了在正常使用条件下较小载荷导致的联轴器故障。

改进措施及效果

在联轴器夹紧箍上开环形切槽，改变了夹紧箍结构的受力状态，使夹紧箍胶接面处的应力值大大减小。改进后夹紧箍胶接面最大应力值减小到30Mpa，比原结构最大应力减小了134Mpa。

改进后的联轴器在试验工装上进行模拟加载，进行加速疲劳试验，联轴器工作正常。设备换装新结构联轴器后，经历了长时间的运转，联轴器工作正常，设备工作正常。

应用

波纹管联轴器的弹性元件为精密金属波纹管，分柔性系列以及刚性系列两种类型，其中柔性系列具有较大的弹性，常用于编码器、传感器等微型场合，刚性系列主要被应用于伺服电机、数控机床（加工中心）等场合。波纹管联轴器的产地主要有：欧洲、美国、日本、中国台湾、中国大陆。

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