美国C-FLEX弯曲枢轴轴承工程数据
C-FLEX是一种非常特有的无摩擦、免维护、金属弹性轴承。它通过金属的弹性变形来提供旋转运动,消除了传统轴承中的滚动体、滑动面和润滑需求。
核心工作原理
C-FLEX轴承的核心是一个经过特殊加工的、一体成型的金属部件(通常是高强度不锈钢,如17-4 PH或316不锈钢)。它通过两个正交的柔性铰链来工作:
径向柔性单元:允许轴在轴承内确切对中,补偿静态和动态的径向偏移。
扭转柔性单元:提供绕轴线的旋转自由度,即所需的“枢轴”运动。
运动是通过材料本身的弹性弯曲来实现的,因此没有相对滑动的部件,从而实现真正的无摩擦和无限寿命(在材料疲劳极限内)。
关键工程数据与性能参数
以下是工程师在选择和设计C-FLEX轴承时关注的数据和特性:
1. 运动性能
旋转角度(Angular Rotation): 这是关键的数据。标准C-FLEX轴承通常提供 ±0.5° 至 ±4° 的旋转角度。特殊设计可以达到 ±30° 甚至更大,但这会显著影响其他性能(如刚度、寿命)。
径向偏移补偿能力(Radial Offset): 能够补偿的轴不对中量,通常在 ±0.001英寸 至 ±0.010英寸(±0.025mm 至 ±0.25mm)量级。
轴向偏移补偿能力(Axial Offset): 能够补偿的轴伸长或收缩量。
平行偏移补偿能力(Parallel Offset): 能够补偿的两轴中心线平行错位量。
2. 刚度特性
刚度是施加的力与产生的位移之比。C-FLEX轴承在三个方向上的刚度需要单独考虑:
扭转刚度(Rotational / Torsional Stiffness, Kr): 抵抗旋转运动的刚度。单位通常为 in-lb/degree 或 N-m/rad。这是重要的刚度参数,直接决定了需要多大的扭矩才能产生所需的偏转。
径向刚度(Radial Stiffness, Ky): 抵抗径向力的刚度。单位通常为 lb/in 或 N/m。
轴向刚度(Axial Stiffness, Kx): 抵抗轴向力的刚度。单位通常为 lb/in 或 N/m。
特点: C-FLEX轴承的刚度是高度可预测且线性的(在小角度下),非常适合需要确切运动控制的应用。
3. 负载能力
径向负载(Radial Load): 轴承能承受的垂直于轴线的力。从几磅到数百磅不等,取决于轴承尺寸和材料。
轴向负载(Axial Load): 轴承能承受的沿轴线方向的力。
力矩负载(Moment Load): 轴承能承受的倾覆力矩。
重要提示: 负载能力与旋转角度紧密相关。更大的偏转角度会显著降低轴承的负载能力。必须参考制造商提供的 “负载-偏转”曲线 来进行设计。
4. 寿命与疲劳
无限寿命(Infinite Life): 这是C-FLEX大的优势之一。只要轴承的大应力始终保持在材料的疲劳极限(Endurance Limit)以下,它就可以承受无限次的循环运动而不会失效。
材料选择: 常用的材料是17-4 PH不锈钢(沉淀硬化),因其具有极高的强度和优异的疲劳性能。其他材料如316不锈钢、铍铜(BeCu)或钛合金也可用于特殊环境。
设计准则: 制造商通常会根据所需行程(旋转角度)和材料,提供一个确保无限寿命的大推荐应力水平。
5. 环境适应性
温度范围: 由于是全金属结构且无需润滑,C-FLEX轴承的工作温度范围极广,通常从 -200°C 到 +200°C 以上,具体取决于材料。
耐腐蚀性: 使用不锈钢材料时,具有良好的耐腐蚀性,可用于真空、超洁净或腐蚀性环境。
真空与洁净室兼容: 无析出物、无需润滑,是真空系统(如半导体制造设备)和航天应用的理想选择。
抗辐射性: 金属材料本身具有很不错的抗辐射能力。