波紋管聯軸器

波紋管聯軸器是用外形呈波紋狀的薄壁管（波紋管）直接與兩半聯軸器焊接或粘接來傳遞運動的。這種聯軸器的結構簡單，外形尺寸小，加工安裝方便，傳動精度高，主要用於要求結構緊湊，傳動精度較高的小功率精密機械和控制機構中。

基本介紹

• 中文名：波紋管聯軸器
• 外文名：Bellows coupling
• 外形：波紋狀的薄壁管
• 特點：結構簡單，外形尺寸小
• 適用：小功率精密機械和控制機構
• 安裝方式：頂絲固定型、夾緊固定型等
• 主產地：歐洲、美國、日本、中國台灣

簡介

紋管聯軸器由兩個轂和一個薄壁金屬管組成，它們用或焊接或粘結的方式連線在一起。儘管很多其它的材料可用，但不鏽鋼和鎳還是最常用的金屬管材料。鎳管是用電沉積法完成的。這種方法首先要機加工固體的芯棒，使其成波紋形，利用電鍍鎳在芯棒上，然後芯棒被化學溶解，從而得到鎳的波紋管。這種方法能控制波紋管壁厚的精度，並能得到比其他方法製作的波紋管更薄的壁厚。這種薄壁波紋管使聯軸器具有高敏感性和反應迅速，使它成為理想的用於極小且精密的儀器套用中。

聯軸器的結構組成

聯軸器結構輸入端為夾緊箍結構，通過夾緊螺釘產生預緊力，將動力輸入軸與夾緊箍固聯為一體。其輸出端為脹緊結構，通過脹緊螺釘預緊錐體，使脹緊套膨脹，與動力輸出軸內孔配合，連線為一個整體。中間為波紋管結構，波紋管兩端與輸入、輸出端膠接固聯。

優勢

1.波紋管聯軸器無間隙,高靈敏度

2.彈性高,更能很好的保護設備

3.可吸收振動,同時補償徑向,角向和軸向偏差能力強

4.抗油污,耐腐蝕性強

5.扭向剛性,順時針與逆時針迴轉特性完全相同

6.常用於數控工具機,分度盤等產業機械

故障產生的可能原因分析

波紋管式聯軸器打滑失效，通常情況下是由夾緊箍、脹緊套或波紋管膠接面故障造成的。故障原因分析如下：

a) 聯軸器輸入端故障：夾緊螺釘損壞或鬆脫，夾緊箍結構損壞或夾緊箍上加緊螺紋損壞使夾緊箍不能正常夾緊動力輸入軸；

b) 聯軸器波紋管故障：波紋管結構損壞，波紋管與夾緊箍或脹緊端膠接面脫膠使波紋管不能正常傳遞動力；

c) 聯軸器輸出端故障：脹緊螺釘損壞或鬆脫，脹緊套結構損壞或脹緊套上脹緊螺紋損壞使脹緊套不能正常脹緊動力輸出軸。

故障機理分析

由聯軸器結構可知，聯軸器與動力輸出軸(減速機軸) 通過脹緊套脹緊進行傳遞動力，與動力輸入軸通過夾緊箍夾緊傳遞動力，聯軸器夾緊端和脹緊端通過波紋管傳遞動力，波紋管與脹緊端及夾緊箍通過膠粘進行連線。故障部位在夾緊箍與波紋管。

在夾緊箍的徑向加工有兩條預變形槽，槽寬約2mm，有夾緊螺釘的一端直徑方向上為通槽，深度方向與波紋管連線處未開透，截面為斜面;另一條槽徑向未開通，而其縱向與波紋管連線處卻未開透，截面為斜面。

夾緊時，用力矩扳手按規定值擰緊夾緊螺釘，通過夾緊箍的變形消除孔軸間隙，達到夾緊目的。從截面圖可知，夾緊時，由於兩條預變形槽的存在，該處截面較弱，變形主要在兩條預變形槽部位。有夾緊螺釘一側的預變形槽截面面積最小，該處截面最弱，其末端有八字形永久變形痕跡，說明夾緊狀態該處應力較大，大於超硬鋁的屈服極限。

由應力分布圖可知，只要錐齒輪箱與主減速機完成裝配夾緊，夾緊螺釘一側的預變形槽膠接面處所受的應力值即為164Mpa，變形幅度為0.027mm。發射架運轉時，聯軸器受交變複合應力的作用，該處應力和變形將更大。

如果在製造時膠接面處有微量缺陷如空穴、夾雜物、疵點產生，當交變應力超過粘接強度時，首先在聯軸器膠接面應力最大區域內有缺陷處產生微裂紋，形成疲勞源。由於裂紋尖端處的應力集中，隨應力循環次數的增加和受恆定應力時間的延長，裂紋逐漸擴展。隨著裂紋的擴散，膠接面被逐漸削弱，當裂紋達到一定尺寸時，便產生疲勞破壞。聯軸器在前期試驗時能夠正常工作，隨著使用時間的延長，其裂紋逐漸擴散，即使載荷較小，聯軸器也會失效。

膠接處的應力存在是形成故障的潛在隱患。為了避免聯軸器夾緊箍夾緊時產生較大應力，一般在夾緊箍上進行環形切槽進行應力釋放。

故障復現

針對機理分析，對故障進行了復現。取設備上使用的同型號聯軸器在試驗工裝上用力矩扳手進行模擬載入。試驗時，通過加大扭矩的方式進行加速疲勞試驗。在施加扭矩時，從40N.m開始，逐漸載入到最大可承受扭矩，每個扭矩點至少載入三次。當載入到接近額定扭矩時，聽到聯軸器內有兩聲輕微響聲，檢查聯軸器無損壞和變形。繼續載入到額定扭矩，無異常情況發生。放置4天后，重新進行載入試驗。從40N.m 開始載入時，夾緊箍和波紋管膠接面即產生相對轉動。該故障點與故障聯軸器位置一致。

載入時的異常響聲是膠接缺陷應力最大處微裂紋擴散爆裂的聲音。該處破壞後，應力重新分配，達到新的平衡，即使繼續載入，裂紋也不至於馬上大面積擴散導致聯軸器失效。施加的扭矩載荷卸載後，夾緊力矩依然存在。夾緊應力及環境應力仍然會使裂紋緩慢擴散。隨著時間的推移，當到達一定程度時，即使施加較小扭矩，也可使其破壞。通過以上試驗復現了在正常使用條件下較小載荷導致的聯軸器故障。

改進措施及效果

在聯軸器夾緊箍上開環形切槽，改變了夾緊箍結構的受力狀態，使夾緊箍膠接面處的應力值大大減小。改進後夾緊箍膠接面最大應力值減小到30Mpa，比原結構最大應力減小了134Mpa。

改進後的聯軸器在試驗工裝上進行模擬載入，進行加速疲勞試驗，聯軸器工作正常。設備換裝新結構聯軸器後，經歷了長時間的運轉，聯軸器工作正常，設備工作正常。

套用

波紋管聯軸器的彈性元件為精密金屬波紋管，分柔性系列以及剛性系列兩種類型，其中柔性系列具有較大的彈性，常用於編碼器、感測器等微型場合，剛性系列主要被套用於伺服電機、數控工具機（加工中心）等場合。波紋管聯軸器的產地主要有：歐洲、美國、日本、中國台灣、中國大陸。