新型聯(lián)軸器的研發(fā)與使用

聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸或軸與回轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力過程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開的一種裝置。由于聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸制造和安裝的誤差，承載后的變形以及工作環(huán)境如溫度變化等影響，當(dāng)安裝調(diào)試后難以保證兩軸的嚴(yán)格精確對(duì)中，存在著某種程度的相對(duì)位移，工作過程中兩軸會(huì)產(chǎn)生一定的附加載荷，易產(chǎn)生振動(dòng)；另外由于某些儀器工作原理要求被聯(lián)接軸在工作過程中須可作一定的相對(duì)移動(dòng)（軸向或徑向的相對(duì)移動(dòng)），軸線交角的改變等，從而出現(xiàn)軸向偏差、徑向偏差、角度偏差以及綜合偏差等。因此要求聯(lián)軸器具有補(bǔ)償兩軸聯(lián)結(jié)時(shí)的相對(duì)平行位移和相對(duì)角度位移，以降低兩軸安裝時(shí)嚴(yán)格對(duì)中精度；同時(shí)起到緩沖、減振和傳遞力矩的作用。此外在許多工作環(huán)境中，還要求聯(lián)軸器能方便的將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平移調(diào)整的功能。按聯(lián)軸器的性能分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器如套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等，雖然結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但是不具備補(bǔ)償性能。撓性聯(lián)軸器分為可移式剛性聯(lián)軸器和帶彈性元件撓性聯(lián)軸器，前一類如滑塊聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器等，只具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的能力，一般都應(yīng)該進(jìn)行潤滑，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境；后一類含有能產(chǎn)生彈性變形的元件，有補(bǔ)償能力和緩沖、減振作用，又分金屬彈性元件和非金屬彈性元件。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對(duì)溫度、腐蝕介質(zhì)、光較敏感，且容易老化。金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器如簧片聯(lián)軸器彈性高，阻尼大緩沖減振能力強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，主要用于載荷變化大的傳動(dòng)軸系。蛇形彈簧聯(lián)軸器彈性好，緩沖減振能力強(qiáng)，但彈簧制造工藝性差，加工困難，應(yīng)用有限。由上述各種聯(lián)軸器的特點(diǎn)可知，不能滿足光學(xué)精密調(diào)整機(jī)構(gòu)的需要。

高功率激光慣性約束聚變（EFG）激光裝置的研制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及光學(xué)、精密機(jī)械、能源及控制等諸多領(lǐng)域。神光系列是我國自行研制的EFG裝置，光學(xué)精密機(jī)械器件是物理實(shí)驗(yàn)順利完成的一個(gè)重要保證，其中各種各樣的調(diào)整機(jī)構(gòu)是高功率激光系統(tǒng)中光學(xué)元件的主要支撐和驅(qū)動(dòng)裝置。在神光裝置精密化研究過程中，需要將原有的手動(dòng)調(diào)整改為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密調(diào)整。無論是絲桿螺母結(jié)構(gòu)、蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)或齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，在空間尺寸受限制和工作環(huán)境有特殊要求時(shí)，選用常規(guī)的聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)中性差、兩軸易出現(xiàn)空間位移、傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩時(shí)易產(chǎn)生顫動(dòng)，影響光束成象質(zhì)量和位移精度。因此在總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自行研制開發(fā)了驅(qū)動(dòng)式彈性聯(lián)軸器，具有制造簡單，結(jié)構(gòu)新穎，體積小巧，調(diào)整精度高穩(wěn)定性好，造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在高功率激光裝置和各類光學(xué)實(shí)驗(yàn)中。
　　研制原因光學(xué)精密調(diào)整機(jī)構(gòu)是支撐光學(xué)元件和調(diào)整光學(xué)元件的主要機(jī)構(gòu)I通過光學(xué)調(diào)整使光學(xué)元件進(jìn)行平移和轉(zhuǎn)動(dòng)I補(bǔ)償系統(tǒng)中光學(xué)元件的制造、裝配引起的定位誤差，從而達(dá)到光學(xué)元件中心軸與光束中心軸同軸，以保證成象信號(hào)、分布及位置符合實(shí)驗(yàn)的要求。一個(gè)合格的光學(xué)調(diào)整系統(tǒng)，除原理要求大位移外，光學(xué)元件調(diào)整位移是一個(gè)小量。并且在電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)整過程中，須保證光學(xué)元件運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、重復(fù)性、精度，避免振動(dòng)導(dǎo)致光束控制的不確定性。
　　HG9對(duì)環(huán)境的溫度，速度場，空氣的凈化，噪音及振動(dòng)等參數(shù)有一定的指標(biāo)要求，如大廳潔凈度級(jí)，局部級(jí)。因此在精密化研究過程中，將原有的手動(dòng)調(diào)整改為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密調(diào)整I使用聯(lián)軸器將馬達(dá)軸與調(diào)整機(jī)構(gòu)中的回轉(zhuǎn)件聯(lián)接時(shí)，選用常規(guī)的聯(lián)軸器存在一定的不足之處。
　　　　驅(qū)動(dòng)式彈性聯(lián)軸器根據(jù)精密化研究的需求和總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)開發(fā)了驅(qū)動(dòng)式彈性聯(lián)軸器。其結(jié)構(gòu)示意如所示：該聯(lián)軸器可采用耐磨、加工性能好，有一定強(qiáng)度和硬度的錫磷青銅，或者號(hào)錳鋼，或者高彈力鋼加工而成。結(jié)構(gòu)新穎，體積小巧，不需潤滑，不會(huì)污染環(huán)境。制造簡單，聯(lián)軸體：中部有個(gè)彈性槽，槽深大于半徑，由電火花線切割加工而成，線切割開槽方向相鄰正交，使其具有一定的彈性又不失剛性。彈性槽不僅使聯(lián)軸器在H軸方向有一定的伸展性能，而且能補(bǔ)償I軸、J軸的相對(duì)平行位移，以及繞H、I、J軸的相對(duì)角位移，因此允許被聯(lián)接軸有微小的徑向偏差、軸向偏差和角度偏差；同時(shí)有緩沖和減振作用。槽底圓弧@也是線切割加工而成，使應(yīng)力變形集中在圓弧處。安裝方便，聯(lián)軸體>右端有‘個(gè)均布的緊定螺釘孔將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸和聯(lián)軸體固定在一起，被聯(lián)接軸插入左端軸孔，用銷釘定位在腰槽中，使被聯(lián)接軸能夠在聯(lián)接軸孔中移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿平移。
　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)式彈性聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)，銷釘將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給絲桿，因此絲桿也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，由于螺母固定，所以絲桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)也向前移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)精密調(diào)整機(jī)構(gòu)中光學(xué)元件的微量位移。
　　小結(jié)驅(qū)動(dòng)式彈性聯(lián)軸器以簡單小巧的彈性結(jié)構(gòu)，利用螺紋副將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平移，具備彈性聯(lián)軸器的功能，能很好的補(bǔ)償空間相對(duì)位移，起到緩沖和減振作用，不污染環(huán)境，滿足光學(xué)精密調(diào)整的需要。
　　同時(shí)加工方便，便于安裝，使用壽命長，成本低，適用于大批量生產(chǎn)。驅(qū)動(dòng)式彈性聯(lián)軸器現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在高功率激光裝置和各類光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，充分證明了其使用價(jià)值。