在几年前邀请群友撰稿的帖子中讲到了卷筒联轴器使用球铰，当时就想写一篇帖子聊聊门式起重机使用的柔性铰，一拖就是数年。过去常用的铰接方式是球铰，采用铸钢制造，门式起重机越大，球铰尺寸和自重也需要更大，这制约了大型门式起重机的发展。教科书及手册很少提及柔性铰或者仅作简单描述，但在我从业以来，实际项目中从未应用过球铰，均使用柔性铰。
柔性铰通过可控的转动或弹性变形，让整机在大跨度和复杂工况下依旧保持应力应变合理分布。
一、柔性铰的作用
1. 补偿结构变形
门式起重机跨度大、起升高度高，在起升载荷、温度变化、风载荷及惯性载荷的影响下，主梁和支腿会发生微小相对位移和变形。
如果完全刚性连接，这些变形会直接带来较大的应力，导致焊缝疲劳、主梁及支腿扭曲。柔性铰允许一定的旋转和微量摆动，释放这种附加载荷。
比如，在主梁承载起升载荷时，主梁会产生下挠，主梁-刚性腿夹角会变小，刚性腿会产生向跨内偏转这个角度差的趋势，导致柔性腿也存在向跨外偏转的趋势，如果柔性腿上部与主梁刚性连接，会存在较大的弯矩，在柔性腿上部会产生较大的应力。使用柔性铰可以释放这个变形，保持近似二力杆的受力状态。
2. 防止跑偏
门式起重机通常是双支腿结构，一条是刚性支腿，另一条是柔性支腿。
柔性铰能让柔性支腿在轨道存在高低或旁弯时，自行找位，减少跑偏或啃轨的可能性。
比如，在门式起重机运行一段时间后，刚性腿侧大车行走机构在轨道上所处的位置与柔性腿侧大车行走机构在轨道上所处位置可能存在不同步现象，如果柔性腿与主梁刚性连接，这种“拉胯”的状态不仅可能造成啃轨，更会存在非常大的扭矩，在柔性腿上部产生较大的应力。使用柔性铰可以在水平面上释放这个变形（当然不是无限制的，柔腿侧的这个扭矩可以释放但刚腿侧无法释放，靠刚性腿硬抗），标准中要求两侧行走位置差限制在0.3%S。
3. 降低冲击与疲劳
在大车启动、制动、风载、吊重冲击时，柔性铰能起到缓冲作用。
减小冲击应力传递到主梁和支腿关键焊缝位置。
4. 便于制造与安装
在制造和安装过程中，主梁与支腿不可能完全同轴、同平面。柔性铰允许结构小范围的安装误差。
二、柔性铰的结构
一般柔性铰由上支承盖、下支承座、橡胶垫板、减磨垫板、不锈钢垫板、密封圈构成，见下图：
上图结构中是将橡胶垫板、减磨垫板、不锈钢垫板均置于上下支承形成的腔体内。同时还存在另一种结构型式：
上图结构中将减磨垫板、不锈钢垫板置于上支承盖的外部，常见于国外产品，目前一些国内产品也使用这种结构。这种结构下便于更换减磨垫板。
三、为什么柔性铰比球铰更适合门式起重机
下图是球铰示意图：
柔性铰不适用于全方向应力复杂或需要反复旋转的传动节点，但在门式起重机柔性腿顶部使用柔性铰恰好扬长避短。
主梁-柔性腿连接 | 吸收主梁变形 | 球铰易形成“弹跳支点”，增加结构不稳定 |
轨道不平或基础有沉降 | 允许微量转动且提供缓冲 | 球铰自由度过大须限制，可能会造成运行偏摆，诱发啃轨 |
多轮驱动时车轮同步性不好 | 柔性连接避免额外力矩 | 球铰灵活性较强，但无法控制“固定一致性” |
高温、低温、盐雾腐蚀环境 | 材料较稳定，使用寿命长，更换较方便 | 球铰结构在极端温差下易出现热胀冷缩卡死，维修更换较复杂 |
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