梅花形弹性联轴器

定义

梅花形弹性联轴器是把一个整体的梅花形弹性环安装在两个形状相同的半联轴器凸爪之间，从而把两半联轴器连接起来的机械部件，属于联轴器中的挠性类型^[1]。它依靠弹性环的弹性变形来补偿两轴的相对偏移，同时起到减振和缓冲的作用^[1]。

这种联轴器也被称为梅花联轴器、爪式联轴器和星形联轴器^[3]。按我国标准，它分为 LM 形（基本型）、LMD 形（单法兰型）、LMS 形（双法兰型）、LMZ-Ⅰ 形（分体式制动轮型）与 LMZ-Ⅱ 形（整体式制动轮型）五种结构形式，每种各有 14 个规格^[1]。

原理

两个半联轴器的端面各带有沿圆周分布的凸爪，梅花形弹性元件的各个花瓣嵌在两组凸爪之间的空隙内^[4]。主动半联轴器转动时，凸爪侧面压紧花瓣，动力经挤压作用传给弹性体，再由弹性体传给另一个半联轴器的凸爪^[1]。由于花瓣主要承受压力而不承受弯矩，其承载能力和可靠性都优于受弯的弹性元件^[1]。

弹性体既是传力介质，也是阻尼元件^[3]。两轴出现径向偏移时弹性体在径向发生剪切变形，出现角向偏斜时受扭曲以及压缩、拉伸作用，出现轴向位移时则被压缩或拉伸，从而在传递扭矩的同时间吸收冲击并衰减振动^[3]。不同结构和材质的联轴器其允许偏差不同，常见工程经验范围约为径向 0.3 至 1.0 毫米、角向 0.5° 至 3°、轴向 0.3 至 1.0 毫米^[3]。

弹性元件的材料通常为聚氨酯或铸型尼龙，花瓣数量常见 4 瓣、6 瓣、8 瓣和 10 瓣，也有 12 瓣的形式。金属爪盘多用 45 号钢，在要求载荷反应灵敏的场合也可用铝合金或不锈钢^[5]。

发展历程

早期的梅花形弹性联轴器由两个半联轴器加中间的梅花形弹性体构成，可吸收振动、降低噪音，但弹性体属于易损件，使用寿命一般为几个月到一年，需要经常更换^[6]。原有结构在更换弹性体时必须让电机或工作机械作轴向移动，换完还要重新调心、找正，费时费力^[6]。

针对这一问题，1999 年 10 月 27 日授权公告的一项实用新型提出改进结构：在两个半联轴器之间加装中间体，中间体内表面沿圆周均匀分布 3 至 6 个凹进弧形，至少一个半联轴器的外形与中间体内腔近似而尺寸略小；更换弹性体时把中间体沿轴向移到轮毂外径即可取出，无需移动电机或工作机械的轴^[6]。

此后该产品逐步标准化。GB/T 5272—2002 规定了五种结构形式和相应规格，适用的轴孔直径为 12 至 160 毫米，轴孔长度 35 至 135 毫米，公称转矩 25 至 25000 牛·米，许用转速 1500 至 15300 转每分钟^[1]。在直爪型基础上又演变出曲面（内凹）爪型的零间隙结构，以适应伺服传动对精度的要求^[7]。

应用

梅花形弹性联轴器适用于两同轴线之间、起动频繁、正反转变化、中高速和中等扭矩的传动轴系，以及对工作可靠性要求较高的部位，例如冶金、矿山、石油、化工、起重、运输、轻工、纺织、水泵和风机等场合，工作环境温度一般为 -35℃ 至 +80℃^[2]。它无需润滑，维护工作量小，可以连续长期运行^[2]。

曲面爪型的零间隙联轴器常用于连接伺服电机、步进电机和滚珠丝杆，其曲面设计可减少梅花弹性间隔体的变形，并限制高速运转时离心力对它的影响^[7]。这类联轴器平衡性能较好，可用于高转速场合^[5]。

在基础结构上还可以叠加其他功能。例如在原有梅花形弹性联轴器上加装限矩盘与安全销，超负荷时安全销被切断，工作机停转而传动部件空转，使设备传动部分免遭损坏^[8]。也有在轴套之间同时装入梅花形弹性体和制动盘的设计，使联轴器兼具制动功能^[2]。

局限

梅花形弹性联轴器不适用于低速重载以及轴向尺寸受限、更换弹性元件后两轴对中困难的部位^[1]。除 LMD、LMS 型外，多数结构在更换弹性元件时仍需两半联轴器沿轴向移动^[7]。

它对偏差的补偿能力有限，尤其是轴向偏差；较大的偏心和偏角会产生比其他伺服联轴器更大的轴承负荷^[5]。温度是影响弹性元件性能的重要因素，温度过低或过高都不利，非金属弹性元件的强度受温度影响较为明显，校核时需要计入环境温度的影响^[1]。冲击载荷同样会造成瞬时过载，动力机带动负载启动、突然制动或平稳运行中突遭冲击都可能使联轴器失效^[1]。

弹性体的寿命在很大程度上决定了整台联轴器的寿命^[5]。一旦梅花形弹性间隔体损坏或失效，扭矩传递并不会中断，两轴套的金属爪会直接啮合继续传力，这种情况可能引发系统故障而难以及时察觉^[5]。此外，使用零间隙爪型联轴器时若超过弹性元件的最大承受能力，间隔体将被压扁失去弹性，预加负荷消失，零间隙性能随之丧失^[5]。

制造方式也会影响使用表现。爪盘经车削、铣削、拉削加工并整体热处理后可保证足够强度^[1]；铸件爪盘虽可批量生产、成本较低，但性能相对较差，其爪齿在高速或高负载下容易发生爪齿脱落^[5]。

参见

• 联轴器 —— 梅花形弹性联轴器是其中的挠性类型之一。

• 弹性体 —— 承担传力与减振作用的梅花形弹性环。

• 扭矩 —— 联轴器所传递的主要载荷形式。

• 伺服电机 —— 零间隙爪型梅花联轴器的常见配套对象。

• 步进电机 —— 同属这类联轴器的常见配套对象。

• 聚氨酯 —— 常用弹性元件材料之一。

• 国家标准 —— GB/T 5272 等标准规定了其结构与规格。