美国诺兰德Ruland螺旋切缝弹性联轴器介绍及选型

美国诺兰德Ruland是美国最大的伺服联轴器和轴套产品制造商，产品广泛应用于半导体设备、医疗器械、光伏设备、自动化设备、电子工业等诸多领域。

首先、螺旋切缝弹性联轴器介绍

螺旋切缝联轴器又称为柔性联轴器，是一种常用的零背隙精密弹性联轴器。Ruland提供的三种螺旋切缝联轴器涵盖所有常用的尺寸范围，公制和英制产品的孔径尺寸范围分别为 3/32" - 3/4" 及 3mm - 20mm。三个系列的螺旋切缝联轴器都是由铝材质或不锈钢棒材一体切割成型，并采用多头螺旋线切缝设计。多头螺旋线类似于多个弹簧并联，从而使弹性联轴器的扭转刚度更大，承载扭矩能力更强。Ruland螺旋切缝联轴器是精密伺服传动的经济选择。

P系列、F系列及MW系列联轴器都采用两组螺旋线切缝设计，相比于单组切缝，这种设计能够使联轴器的同轴度纠偏能力更强。Ruland螺旋切缝联轴器能够很好地承受两轴之间的角度偏差、轴向偏差、平行偏差以及这三种偏差组成的复合偏差。针对内六角螺钉的安装，Ruland对螺旋切缝联轴器的结构进行了特殊设计，因此动平衡性能更好。

F系列 常用于连接伺服马达和丝杆机构等，非常适用于轻载精密传动。F系列弹性联轴器采用了两组三头螺旋线切缝设计，又称为六切缝弹性联轴器。它的扭转刚度大、强度高、弯曲刚度小，拥有很好的偏差承受能力，能够满足伺服系统的高精度、可重复性和可靠性要求。此弹性联轴器系列配有Nypatch®尼龙涂层内六角螺钉。这种特有的涂层能够降低震动，防止由此导致的螺钉松动。此外，这种涂层还可以降低不锈钢型弹性联轴器的螺纹磨损。

P系列和MW系列 常用于连接编码器、转速计等精密仪器，在扭转刚度要求不高的场合也可用于连接丝杆。该系列弹性联轴器采用两组双头螺旋线切缝设计，又称为四切缝弹性联轴器。精密仪器上都装有微型轴承，而弹性联轴器在纠正仪器安装偏差时会造成一定的轴承载荷。保证较小的轴承载荷对于精密仪器的使用寿命和维持高性能都至关重要。P系列和M系列螺旋切缝弹性联轴器的柔性较大，纠偏时产生的弯矩较小，降低了轴承的径向负载。P系列和MW系列弹性联轴器的长度比F系列稍短，尺寸符合工业标准长度，适用于紧凑应用环境，也可用于现有机器的改进。与此同时，多头螺旋线切缝设计也让此弹性联轴器具有完美的扭矩承载能力和高扭转刚度。

MW系列产品与P系列弹性联轴器的区别在于MW系列的外径和长度都是公制尺寸。

关于切缝模式的说明：F系列弹性联轴器采用两组独立螺旋线切缝设计，每组螺旋线均为三头螺旋线，相当于三条单头螺旋线并联在一起，相互之间的相位差为120度；P系列和MW系列弹性联轴器也采用两组独立螺旋线切缝设计。每组均为双头螺旋线切缝，相当于两条单头螺旋线并联在一起，相互之间的相位差为180度。
因此，F系列螺旋切缝联轴器的扭转刚度更高，而P系列和MW系列的弯曲柔性更好。Ruland两组多头螺旋线切缝设计比简单的螺旋线切缝设计具有更佳的性能和寿命。

第二、螺旋切缝弹性联轴器的特点

比一般的单头螺旋线切缝联轴器有更高的扭转刚度

对螺丝产生的不平衡量进行平衡设计补偿，可减少振动

夹紧轴的部分采用十字切槽设计，增强了联轴器的夹紧能力

使用整块铝合金或不锈钢切割制造，复杂的多头螺旋线设计使其扭转刚度更高，扭矩承载能力更大

能纠正平行偏差、角向偏差和轴向偏差

两组切缝设计相比于单组切缝设计更能适应对中的平行偏差

提供四切缝（P和MW系列）和六切缝弹性联轴器（F系列）。P和MW系列承载小，弯曲柔度大；F系列扭转刚度大

铝制弹性联轴器使用7075高强度航空铝材，寿命长

不锈钢弹性联轴器可提供更强的扭矩承载能力

第三、可非标定制

Ruland丰富的机械加工经验、人才以及先进的加工设备能够为客户提供各种定制化服务，满足客户的各种特殊需求。如果您在我们的标准产品中找不到所需要的产品，请咨询我们的客服部门。

曾提供的定制螺旋切缝联轴器举例:

• 铝材表面阳极氧化处理

• 特殊孔径和尺寸的产品

• 特殊长度、宽度和外径

• 特殊材料和紧固件要求

第四、如何选择正确的螺旋切缝弹性联轴器

有两种基本的设计形式： 单切缝型和多组切缝型，两个类型都是从一整块材料加工而成。

单切缝设计包含一整条连续的螺纹线。单条螺纹线设计具有出色的角向和轴向弹性，但是在平行偏差调节方面就相形见绌了。为了有效地抵消平行偏差，单切缝不得不同时向两端弯曲，这会使切缝应力集中从而加速疲劳，最后导致联轴器的失效。

单切缝还会导致扭转刚度不高，在受益于弹性补偿偏差的同时会造成定位精度不高。在扭转负载下，特别是如启停这样的高速加减速时，联轴器犹如弹簧的“弹性滞后”将角位移从联轴器的一端传递到传动系统中，对系统的精确性有着不利的影响，导致驱动端和从动端运动传递的滞后。

单切缝联轴器不太适用于对精密控制需求较高的应用，扭转刚度也是控制运动无法考虑它的一个因素。联轴器的角向滞后会迫使伺服电机“寻找”定位，导致其向前来回震荡直到回复到原始状态和设备停止。长时间的校正会对系统的速度和精确性带来不利影响。

与单切缝联轴器相比，多头螺旋线联轴器的设计可以提高性能。使用双组双头或多头螺旋线可以在减小长度的同时提高扭转刚度和定位精度。螺旋线的长度越短，强度和刚度越高，但降低了联轴器补偿偏差的综合能力。

在单切缝中嵌入多头切缝提高了联轴器的偏差调节能力，它不如单切缝联轴器的弹性高，但是足以满足几乎所有应用的需求。

多组切缝提高了强度，平行叠加的切缝可以实现更高的扭转强度。这种组合也受到平行偏差的影响，由于长度缩短和刚性增加使其对疲劳加速非常敏感。

一个更好的改进是将多组切缝合并到单个联轴器中，多组切缝提高了联轴器的平行偏差调节的性能。联轴器的单组和多组切钱好比于单联万向节VS双联万向节。

单联万向节可以轻易调节角度偏差但不可以调节平行偏差，双联万向节可以调节角度偏差和平行偏差。

与万向节不同的是，不论是单切缝还是多头切缝联轴器，所有设计都满足等速，而没有与万向节相关的相位调整。

双组切缝设计也有类似于单切缝的整条连续的切缝，但是大多设计使用多头切缝组。两组多头切缝可以使联轴器满足最好的综合性能要求。Ruland提供两种类型的多头切缝联轴器以满足不同的应用需求。所有Ruland螺旋切缝联轴器使用平衡式设计可以在实现高达6000rpm转速的同时减小震动并保持稳定。

四切缝弹性联轴器（MWC/MWS和PCR/PSR系列）使用两组双头切缝，孔径标准有英制、公制和一端英制一端公制。紧凑型设计使其在实现和单切缝联轴器进行互换的同时满足紧凑空间的应用。这种类型的联轴器柔性大，弯矩小，适用于连接编码器、转速计等精密仪器的轻载应用。

为了保证柔性并吸收系统的震动，切线的长度不宜过长（多头切缝的每条切缝约1.5圈，单切缝的切缝长度一般在3圈以上）。

高柔性可以使联轴器补偿更大的制造和安装偏差而不会过早损坏。同时，它还可以保护贵重的零部件免受过大偏差导致的轴承载荷。

相比于单切缝联轴器，多头切缝联轴器采用多组切缝组合的方式实现更高的扭矩和扭转刚度，且结构紧凑，可满足相同的尺寸空间要求。

另外一个设计使用两组三头切缝（FCR/FSR系列）， 孔径标准同样有英制、公制、一端英制一端公制。三头切缝的使用可以减小切缝的长度。这种设计扭转刚度大、强度高、弯曲刚度小，拥有很好的偏差承受能力，能大幅提高系统的性能等级。多头切缝的设计是轻载精密传动的理想选择，常用于连接伺服马达和丝杆机构等。

多头切缝设计使其轴向载荷承受能力更好，是伺服电机、直线运动平台等对轴向载荷有较高要求应用的理想选择。此系列配Nypatch?尼龙涂层内六角螺钉，这种特有的涂层能够降低震动，防止由此导致的螺钉松动。

螺旋切缝弹性联轴器通常又称为一体狭缝切割型联轴器、柔性联轴器等，它有别于竖直切割的平行切缝联轴器。螺旋切缝弹性联轴器通常由锯切金属棒材制造，常见的材料如铝合金等，运用螺旋切缝系统来平衡相对位移和传递扭矩。它们通常具有很好的性能和成本经济性，在很多应用中均为首选产品。

    单块铝合金棒材一体成型的设计使它具有零背隙传递力矩和无需维护的优势。螺旋切缝弹性联轴器大致可分为两个基本系列：单头螺旋线切缝和多头螺旋线切缝。单头螺旋线切缝型有一条长的连续多圈螺旋线切缝，它的柔性很大，并且附加轴承荷载也很小。这种切缝设计可以平衡各种相对位移偏差，最适用于处理角向偏差和轴向偏差，但对平行位移偏差的平衡能力不大，因为单头螺旋线切缝在处理平行偏差时会产生多方向弯曲，从而导致应力集中过大， 致使零件过早损坏。

    尽管长的单头螺旋线切缝具有较大的偏差纠正能力，但它的扭转刚度不足，这也是单头螺旋线切缝联轴器的缺点。

    单头螺旋线切缝联轴器具有很好的经济性，比较适用于低扭矩应用，尤其适用于连接编码器和其它轻型仪器。多头螺旋线切缝联轴器通常采用双头或多头螺旋线切缝解决扭转刚度低的问题。

    多头螺旋线切缝联轴器在不失去纠偏能力的情况下减小了切缝的长度，多头螺旋线切缝交缠在一起，增强了联轴器的扭转刚度，从而保证联轴器在具有很大纠偏能力的情况下仍能承受相当大的扭矩。这种性能使它适用于轻负载应用，比如，伺服电机与丝杠的连接。但这种设计也具有它的缺点，随着尺寸的增加，其附加轴承载荷也会增大，但在大多数情况下，由于安装偏差较小，所以产生的弯矩也很小，从而保证了低附加轴承载荷。除了一组多头螺旋线切缝的设计之外，也可采用两组多头螺旋线切缝设计。多组多头螺旋线切缝设计可以使联轴器更具弯曲柔性和纠偏能力，其它性能也优于单头螺旋线切缝和单组多头螺旋线切缝联轴器，这种联轴器可以同时向不同的方向弯曲，因此相比之下更实用。

    目前，大多数螺旋切缝弹性联轴器都是用铝合金做的，但是也有一些厂商用不锈钢制造。不锈钢联轴器除了具有耐腐蚀性之外，同时也增加了联轴器的扭矩承受能力和刚度，甚至可达到铝制同类产品的两倍。不锈钢的质量和惯性较大，因此扭转刚度大的优点就大打折扣。例如，在微型马达应用中，马达扭矩的很大比例被用来克服联轴器的惯性，这将严重消弱系统的整体性能。