一、核心结构与组件功能
蛇形弹簧联轴器是基于金属弹性元件传动理论设计的高端联轴器，其核心结构由四大模块构成：
主动端与从动端轮毂
材质：40Cr 锻钢（调质处理 HB241-286），表面磷化防腐
关键设计：沿圆周均布的弧形齿槽（齿形角 45°，齿顶圆弧 R=3-15mm，根据型号变化），齿面粗糙度 Ra≤1.6μm，确保与弹簧片精密贴合
蛇形弹簧片
形态：波浪形薄弹簧片（厚度 2-12mm，片数 12-60 片，呈周向均匀分布）
材料：50CrVA 弹簧钢（抗拉强度≥1200MPa，屈服强度≥1000MPa），经保碳淬火（46-50HRC）+ 喷丸强化（残余压应力≥500MPa）
密封罩壳
功能：形成封闭润滑腔，内部填充锂基润滑脂（NLGI 2 号），油脂容量占罩壳容积 20%-30%
结构：铝合金压铸（高速型）或铸铁（重型），配备双唇口密封圈（防尘等级 IP65）
连接组件
螺栓：8.8 级或 10.9 级高强度螺栓，采用防松垫圈（如 DIN 985）或螺纹锁固胶（如乐泰 243）
二、扭矩传递的力学机制
1. 弹性耦合传动原理
初始状态：弹簧片两端分别嵌入主动轮与从动轮的齿槽，形成多点接触弹性支撑（每片弹簧与 8-12 个齿接触）
扭矩传递路径：
主动轴扭矩 → 主动轮毂齿面 → 弹簧片弯曲变形（中性层半径 R=R0+ΔR）→ 从动轮毂齿面 → 从动轴
接触力学特性：
接触应力随扭矩增大呈非线性增长（符合 Hertz 接触理论，最大接触应力 σH=√(8FT/(πbD))，其中 F 为法向力，b 为弹簧宽度，D 为节圆直径）
扭矩 - 变形曲线呈分段线性：空载时弹簧处于直线段，额定载荷时进入非线性段（刚度提升 20%-30%）
2. 过载保护机制
极限扭矩阈值：当扭矩超过额定值 1.8-2.5 倍时，弹簧片与齿面发生边缘接触滑移，形成物理限扭（避免刚性过载损坏）
短时超载能力：凭借弹簧片的弹性变形储备，可承受 3 倍额定扭矩持续 10 秒（50CrVA 材料弹性应变极限≤2.5%）
三、动态缓冲与振动抑制原理
1. 多级减振机制
一次减振：弹簧片弯曲变形吸收高频振动（固有频率 50-200Hz，避开多数工业设备 10-30Hz 主振频段）
二次减振：润滑脂阻尼效应（动态粘度 η=150-300mPa・s）消耗振动能量，使阻尼比 ζ 提升至 0.15-0.2（普通刚性联轴器 ζ＜0.05）
共振抑制：变刚度特性（随载荷增大刚度非线性上升）使系统固有频率动态漂移，避免与激振频率耦合（如齿轮啮合频率、电机电磁振动频率）
2. 冲击载荷响应
能量吸收效率：冲击能量 90% 以上转化为弹簧片弹性变形能（剩余 10% 通过润滑脂粘滞损耗）
应力波衰减：弹簧片的波浪形结构使应力波传播路径复杂化（传播距离增加 30%），峰值应力降低 40%（对比直片弹簧）
五、材料特性与工况适配
1. 弹簧片材料关键性能
抗疲劳设计：经 10⁷次循环加载试验（应力幅≤400MPa），疲劳寿命变异系数＜15%
温度适应性：
标准型：-20℃~120℃（50CrVA 正常工作温度）
高温型：通过 Cr-Mo-V 合金化（如 55CrSi），工作温度可达 250℃（弹性模量下降≤10%）
2. 表面处理强化
喷丸强化：0.3-0.5mm 玻璃丸（速度 60-80m/s），在弹簧片表面形成 0.2-0.3mm 硬化层，疲劳强度提升 35%
磷化处理：轮毂齿面形成 3-5μm 磷酸锌膜，摩擦系数从 0.18 降至 0.12，降低粘滑振动风险
七、工况适应性与设计边界
最佳适用范围
转速：500-15000r/min（高速型需做 G2.5 级动平衡，残余不平衡量 U≤m×G×1000/ω）
扭矩：45N・m-800,000N・m（覆盖从减速机到大型轧机的需求）
轴径：18-500mm（通过模块化设计实现规格扩展）
失效边界条件
温度＞300℃：弹簧片发生回火软化（硬度骤降＞20%）
振动加速度＞50m/s²：弹簧片共振应力超过疲劳极限
对中偏差＞额定补偿量 1.5 倍：齿面边缘接触导致局部磨损
