與傳統(tǒng)的齒式聯(lián)軸器相比，高強聚酯彈性體聯(lián)軸器不僅在可預見性、潤滑和更換等方面具有優(yōu)勢，而且其可以利用不同硬度的彈性塊來滿足用戶對不同傳遞扭矩的要求，更利于實現(xiàn)聯(lián)軸器解決方案的定制化，提升設備可靠性，同時降低總體運營成本（TCO）。
對于動力傳動行業(yè)而言，彈性體聯(lián)軸器并不是一個全新的產(chǎn)品類別，但深入了解其不同設計和材料特性的人并不多，甚至一些訓練有素的維修人員對此也不能精準掌控。
作為撓性聯(lián)軸器的一種，彈性體聯(lián)軸器是與機械撓性聯(lián)軸器（如齒式、蛇簧和鏈式）聯(lián)軸器、金屬彈性體（膜片式和膜盤式）以及其他類別（柱銷式和彈簧式）等相對應的。而彈性體聯(lián)軸器又根據(jù)彈性體受力不同分為剪切式和壓縮式，本文將重點介紹剪切式Timken Quick-Flex彈性體聯(lián)軸器，創(chuàng)新性的通過彈性體材料升級和結構多樣化設計為動力傳動設備帶來的全新選擇。
要更好地理解彈性體聯(lián)軸器的性能，首先要了解什么是“彈性體”。事實上，任何一種具有天然橡膠彈性屬性的橡膠類產(chǎn)品和聚合物都可被稱為“彈性體”。早在19世紀30年代前聚合物（一種化合物的混合物）的概念就已經(jīng)存在。但直到1922年真正理解聚合物高分子特性時，該物質的潛能才開始初步發(fā)揮。
圖1 輪齒損壞的齒式聯(lián)軸器
二戰(zhàn)后對橡膠和絲綢等天然材料替代品的迫切需求促使化學合成技術的商業(yè)化強勢興起（合成技術創(chuàng)造出的合成橡膠和尼龍是最突出的成果）。與此同時，強大的專業(yè)學術課程和研究機構的建立，進一步推動了這門新興學科的進步。凱氟拉（Kevlar）（PTFE）和特氟龍（Teflon）等一些我們今天熟悉的產(chǎn)品也因此問世。
全新的技術加上巧妙的設計不僅為聯(lián)軸器在材料方面帶來了新的選擇，而且為動力傳動性能和效率的提升創(chuàng)造了條件。使用聚合物元件連接驅動軸和從動軸之間的兩個聯(lián)軸器軸轂具有與生俱來的優(yōu)勢。對比目前沿用已久的行業(yè)標準產(chǎn)品——碳鋼齒式聯(lián)軸器，彈性體聯(lián)軸器的優(yōu)勢尤為突出：不僅適用于不同設備，且能滿足多種要求。由于貨源充足和長期以來的使用習慣，使得傳統(tǒng)碳鋼齒式聯(lián)軸器仍活躍在市場上，制造商眾多，但是產(chǎn)品設計卻基本雷同，缺乏創(chuàng)新。
齒式聯(lián)軸器與彈性體聯(lián)軸器的對比
今天，齒式聯(lián)軸器已經(jīng)成為動力傳輸最可接受的解決方案。保守地說，在很多加工工業(yè)中，油脂潤滑的齒式聯(lián)軸器都隨處可見。齒式聯(lián)軸器確實行之有效且原理易懂，但面對具體應用需求，在選擇采用何種聯(lián)軸器時還需考慮以下幾個因素，包括可預見性、潤滑和更換。
首先是可預見性。齒式聯(lián)軸器齒圈上的很多齒會因長時間運行產(chǎn)生的磨損導致故障（圖1）。根據(jù)應用條件不同（如軸偏心或者沖擊負荷），磨損的時間也有所不同。齒嚙合時鋼-鋼接觸也會通過聯(lián)軸器傳遞沖擊和振動，可能會對相連設備造成影響。通過拆解油膩的聯(lián)軸器來確定剩余壽命并非易事，耗時較長，直接影響停機時間。
而對于彈性體聯(lián)軸器來說，在可預見性方面，無疑更具優(yōu)勢。由于彈性體聯(lián)軸器無需鋼-鋼接觸：輪齒之間通過高強彈性體嚙合，彈性體是唯一承受磨損的部位，而且還能緩沖可能出現(xiàn)的沖擊和振動。此外，由于沒有軸轂間嚙合，聯(lián)軸器會在受到超過額定值（超過額定扭矩一倍的扭矩是能夠被間歇處理的常見峰值）的超高扭矩時自動切斷，從而保護齒輪箱不受損壞。彈性體聯(lián)軸器還配備了多種不同的護罩選擇，將彈性體固定在聯(lián)軸器中。所有護罩都能被迅速拆卸，以便快速檢查彈性體的磨損情況。
圖2 該齒式聯(lián)軸器發(fā)生了故障后在拆卸時不得不采用火焰切割的方式，大幅增加了聯(lián)軸器更換過程的時間和費用
其次是潤滑。如果齒式聯(lián)軸器沒有潤滑，它會過早損壞。這是因為必須向齒式聯(lián)軸器填充潤滑脂以容許軸偏心。若操作正確，這不是問題。但在需要長時間運行的應用中，潤滑脂的成本卻不容忽視。不僅潤滑成本會日積月累的增加，而且補充潤滑脂必須暫停聯(lián)軸器的工作，增加停機時間。此外，面對全球熱議的“綠色環(huán)?！痹掝}，人們也已經(jīng)開始質疑齒式聯(lián)軸器在動力傳動領域的應用價值。如果投入一美元的潤滑脂，就需要花費5美元用于保護環(huán)境。而齒式聯(lián)軸器的這些問題在短期內是難以緩解或消除。
而彈性體聯(lián)軸器卻無需潤滑，因為它采用高強聚酯彈性塊。由于無需潤滑，彈性體聯(lián)軸器非常環(huán)保，因此不產(chǎn)生與潤滑脂或潤滑脂清理相關的成本。工作區(qū)域能保持清潔無油脂，無需專人定期加注潤滑脂。
第三是更換。盡管有維修和保養(yǎng)，齒式聯(lián)軸器還是會隨著輪齒的磨損而最終損壞。最突出的問題是，齒式聯(lián)軸器磨損后就無法正常工作，而齒圈也不能部分更換，必須換上一個全新的齒式聯(lián)軸器。第二個問題是更換過程本身成本高昂。更換聯(lián)軸器軸轂時，相關的馬達和/或變速箱以及附近其他設備需要拆離原地并為轉軸預留足夠的空間，然后才能拆卸聯(lián)軸器軸轂。新聯(lián)軸器部件安裝就位后，需要將所有設備裝回原位，精確對準。這一過程至少花費8~10h。在此期間負責維修人員的工時成本和生產(chǎn)停機損失均不容忽視。
彈性體聯(lián)軸器的更換更加簡單和方便。彈性體聯(lián)軸器初次安裝后，軸轂就無需更換，因為兩者不接觸。馬達和/或齒輪箱及相關設備也不用因聯(lián)軸器更換進行二次移動。只有在馬達或變速箱本身需要更換時，才需更換或拆卸襯套。為了進一步節(jié)省時間，通常預先在新的馬達和齒輪箱上安裝新的聯(lián)軸器軸轂。
在正常操作中，需要更換的只有高強聚酯彈性塊，更換時只需拆掉護罩，將彈性塊從兩個軸轂中取出，換上新彈性塊，然后按相反步驟安裝，即可快速輕松地完成更換。上述操作可以在很短時間內完成，相比更換齒式聯(lián)軸器的時間和成本來說具有很大優(yōu)勢。
綜上所述，合成技術的發(fā)展已經(jīng)讓彈性體聯(lián)軸器變成一種廣受歡迎的聯(lián)軸器選擇。除上述對等比較列出的特性和優(yōu)點外，彈性聯(lián)軸器還有哪些更為關鍵的性能指標呢？相同尺寸下的扭矩傳遞能力是衡量聯(lián)軸器性能的一個重要指標。彈性體聯(lián)軸器可選擇不同硬度的彈性塊。硬度計是測量材料硬度的諸多方法之一，通常用于合成材料、彈性體和橡膠。
圖3 以Timken Quick-Flex聯(lián)軸器為代表的彈性體聯(lián)軸器無需潤滑，可以提供不同彈性體滿足特定應用工況對扭矩和速度的要求
以某種尺寸的齒式聯(lián)軸器為例，根據(jù)輪齒數(shù)量，該齒式聯(lián)軸器具有唯一的最大扭矩值。但是，對相同尺寸的彈性體聯(lián)軸器而言，根據(jù)內部所用彈性塊的硬度不同，可有不同級別的最大扭矩值。對于不同的扭矩要求，只需選擇不同等級的彈性塊即可。這會帶來更大的靈活性：可以根據(jù)彈性體聯(lián)軸器尺寸的取值范圍為某個設備和應用工況量身定制聯(lián)軸器方案；也可以提供更小的等效聯(lián)軸器方案，從而節(jié)省成本。
此前，彈性體聯(lián)軸器通常作為較小尺寸軸聯(lián)接的普遍選擇。這雖然沒有錯，但現(xiàn)在有了更多用途。如表所示，對比了應用于重工業(yè)中的大尺寸普通齒式聯(lián)軸器的最大扭矩值和Timken Quick-Flex高強聚酯彈性體聯(lián)軸器的最大扭矩值。彈性體聯(lián)軸器的應用范圍逐漸擴大，已經(jīng)在很多應用中代替了齒式聯(lián)軸器，包括破碎機驅動、輸送機驅動、錘式粉碎機、分離器和其他加工行業(yè)的多種設備應用等。
彈性體聯(lián)軸器助力用戶價值提升
在選擇聯(lián)軸器時，可能被忽略的一個應用環(huán)境是露天采礦中常見的電鏟提升驅動系統(tǒng)。這些礦用電鏟是可移動的大型設備，帶有一個電動鏟斗用于挖掘和取料。這種概念和設備出現(xiàn)于20世紀50年代，現(xiàn)已應用于世界各地礦場。聯(lián)軸器的具體應用是在重型電動馬達和提升機齒輪箱之間的直接驅動軸上，操縱吊桿柱將鏟斗舉上舉下。這需要近3000kW的峰值功率。在彈性體聯(lián)軸器創(chuàng)新使用出現(xiàn)之前，由于產(chǎn)生的扭矩非常大，電鏟總是配備齒式聯(lián)軸器。
某露天采礦廠時常出現(xiàn)齒式聯(lián)軸器在嚴苛條件下發(fā)生故障的情況（圖1、2）。檢查輪齒、添加潤滑劑和更換電鏟時因偏心導致的聯(lián)軸器故障增加了停機時間，導致生產(chǎn)進度總是落后。
為了解決這一困擾，客戶向當?shù)氐蔫F姆肯公司經(jīng)銷商尋求解決方案，鐵姆肯公司的工程師建議將易發(fā)生故障的聯(lián)軸器全部用彈性體聯(lián)軸器代替。起初客戶有些懷疑，因為人們通常誤認為彈性體聯(lián)軸器不會比齒式聯(lián)軸器更好。鐵姆肯公司憑借良好的信譽和技術，最終爭得用戶同意，根據(jù)客戶需要的扭矩定制了一個Timken Quick-Flex聯(lián)軸器（圖3）。
鐵姆肯公司當?shù)毓こ處熢谠撔庐a(chǎn)品初次安裝時提供了現(xiàn)場協(xié)助并幫助其解決了更換聯(lián)軸器過程中出現(xiàn)的其他問題。安裝過程快速而高效，客戶對整個過程十分滿意。彈性體聯(lián)軸器安裝于2012年3月，至今運轉正常。值得一提的是2012年9月，電鏟的齒輪箱體曾發(fā)生故障，但聯(lián)軸器軸轂和彈性塊并沒有發(fā)生損壞，聯(lián)軸器仍在正常工作。維修經(jīng)理表示，如果這種情況發(fā)生在齒式聯(lián)軸器上，就必須更換整個聯(lián)軸器。初見成效之后，該礦已經(jīng)計劃更換其他在用電鏟中的齒式聯(lián)軸器。
目前，隨著彈性體聯(lián)軸器逐漸廣泛的應用，其優(yōu)勢正不斷被發(fā)掘出來：改善性能、降低成本以及增加設備正常運行時間等特性將征服更多用戶。
