膜片式联轴器

定义

膜片式联轴器是通过金属膜片把主动轴与从动轴连接起来、并借此传递扭矩的挠性联轴器^[1]。它属于金属弹性元件挠性联轴器，挠性元件是成组叠合的不锈钢薄片，通常称为膜片组^[2][3]。按膜片形状可分为连杆式和整体式，按膜片组数量则有单膜片与双膜片之分^[1]。

同其他挠性联轴器的区别在于，膜片式联轴器没有齿面或滑块一类相对滑动的部件，扭矩完全由膜片的拉力与剪力承担，两轴之间的位移则由膜片弯曲变形吸收^[2]。单膜片结构转动时膜片要承受复杂弯曲，补偿偏心能力有限；双膜片结构可使两侧膜片朝不同方向弯曲，因而能补偿平行偏移和较大角向偏移^[1][4]。

原理

扭矩的传递路径为：主动端半联轴器接收扭矩，经沿圆周交错布置的传扭螺栓送到膜片组，再由膜片组经螺栓传到中间体或从动端半联轴器输出^[5]。膜片用螺栓或销钉紧固在两侧法兰上，一般不会松动，因此传递过程中不存在反向间隙^[2]。

膜片的厚度视扭矩与工况选取，常见范围为0.35～1.20 毫米，形状有圆环式、连杆式、束腰式等，孔数则有四孔、六孔、八孔等不同规格，膜片形状和叠片数量决定了联轴器的扭转刚度与承载能力^[5]。由于金属膜片刚度较高，联轴器在传递扭矩时几乎不发生扭转角滞后，能够准确传递转速，运转中无转差^[2]。

安装对中偏差是影响其工作的关键因素。轴心偏差包括偏心、偏角和轴向振幅三种，允许值一般指三者单独出现时的数值，若同时存在两种以上偏差，各自的允许值需要减半^[4]。工程上通常建议把实际偏差控制在允许值的三分之一以下，以减小振动、延长膜片寿命^[4]。

发展历程

膜片式联轴器是在齿式联轴器长期使用经验基础上发展起来的金属挠性联轴器。齿式联轴器依靠齿面相对滑动补偿位移，须润滑和密封，在高速、大功率场合维护负担较重；膜片结构以弹性变形替代滑移，因而免除了润滑与磨损问题^[3]。在中国，该类产品已制定机械行业标准 JB/T 9147—1999，代替了此前的 ZB/T J19 022—90^[1]。

随着制造能力提高，膜片式联轴器的规格不断扩展，公开资料称其可制造的最大传递功率达 50 000 千瓦、最高转速 80 000 转每分、最长 12 米^[2]。产品系列也趋于多样，出现执行 JB/T 9147—1999 的 JM、JMI、JMII、DJM 等型号^[6]。2017 年，西门子在汉诺威工业博览会展出扭转刚性全钢膜片式联轴器 N-ARPEX，其膜片采用不锈钢弹簧钢，可耐 -50 ℃ 低温，并符合 API 610、API 671 等标准要求^[7]。

应用

膜片式联轴器适用于中高速、大功率的轴系传动，也适用于高温以及有腐蚀介质的工况^[2][3]。常见配套设备包括水泵（尤其大功率泵和化工泵）、风机、压缩机、汽轮机、印刷与纺织机械、矿山冶金机械，以及船舶和航空动力装置^[1]。经动平衡处理后，它在高速传动轴系上的使用已较为普遍^[2]。

在发电与石油化工领域，膜片式联轴器多用于燃气轮机、蒸汽轮机、压缩机和大型联合发电装置的传动链，并可满足 API 671 等针对高速联轴器的规范^[8][9]。在中小功率一侧，它也用于伺服电机、步进电机带动的精密传动与定位系统，因为其扭转刚度高、无背隙^[4][5]。

另有将膜片式联轴器用于液力偶合器内部的技术方案：以小齿轮泵轮轴与涡轮轴之间用膜片联轴器柔性直连，实现无间隙传动，主要用于传递扭矩而不再调节转速的改造场合^[10]。

局限

膜片式联轴器的位移补偿能力以膜片能承受的弯曲为限，超出允许偏差会产生振动并显著缩短寿命^[4]。单膜片结构不能补偿平行偏移，因而对两轴的同轴度要求更高，安装时必须可靠定位^[1][4]。

与波纹管联轴器相比，膜片式联轴器的扭转刚性略低，同时其减振能力有限，不适合以吸收冲击和振动为主要需求的传动^[1][5]。膜片与螺栓或铆钉的配合孔在长期交变载荷下会逐渐磨损扩大，零背隙特性随之丧失^[5]。

结构上的精巧也意味着脆弱。膜片厚度只有零点几毫米，若安装不当、承受过大的轴向压缩或拉伸，膜片容易扭曲损坏，因此在装配与运行校核上需要格外注意^[1][4]。此外，膜片一旦因过载或过度不对中而断裂，扭矩传递会随之中断，这也是选型时须核算峰值扭矩的原因^[9][11]。

参见

• 联轴器 —— 膜片式联轴器是其中的金属弹性元件挠性类型。

• 齿式联轴器 —— 膜片式联轴器在许多场合被视为其替代方案。

• 波纹管联轴器 —— 同为金属挠性联轴器，扭转刚性通常更高。

• 液力偶合器 —— 其内部轴系也有采用膜片联轴器直连的方案。

• 扭转刚度 —— 决定膜片式联轴器传动精度与扭振特性的关键参数。