梅花型聯(lián)軸器的應(yīng)用及分析*

陳慶賀，梁大海

(中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西太原 030006)

0 引言

梅花型聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中主要用來連接2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，從而達(dá)到傳遞扭矩或旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)械零部件;也可以用于安全裝置的設(shè)備保護(hù);運(yùn)動(dòng)過程中軸與軸之間不能分離，只能在設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)方可拆分分離。梅花型聯(lián)軸器以聚氨脂塑料為彈性元件與二半聯(lián)軸器主體緊密組合，主體以進(jìn)口配方合金鋁為主。中間聚氨脂塑料元件以獨(dú)有配方配制，具有耐磨性高、抗溫性好、韌性強(qiáng)，與一般普通塑膠件質(zhì)量穩(wěn)定耐用。梅花型體有6瓣和8瓣之分，固定方式有鍵槽［1］。

1 梅花型聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)

梅花型彈性聯(lián)軸器主要由2個(gè)帶凸齒密切嚙合并承受徑向擠壓以傳遞扭矩，當(dāng)兩軸線有相對(duì)偏移時(shí)，彈性元件發(fā)生相應(yīng)的彈性變形，起到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔茫?－3］。

梅花型彈性聯(lián)軸器主要適用于起動(dòng)頻繁、正反轉(zhuǎn)、中高速、中等扭矩和要求高可靠性的工作場(chǎng)合;相比于其它聯(lián)軸器，梅花型聯(lián)軸器具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)工作穩(wěn)定可靠，具有良好的減振、緩沖和電絕緣性能。

(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用于中高速場(chǎng)合。

(3)具有較大的軸向、徑向和角向補(bǔ)償能力。

(4)高強(qiáng)度聚氨酯彈性元件耐磨耐油，承載能力大，使用壽命長(zhǎng)，安全可靠。

(5)聯(lián)軸器無需潤滑，維護(hù)工作量少，可連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行。

梅花型聯(lián)軸器廣泛適用于冶金、礦山、石油、化工、起重、運(yùn)輸、輕工、紡織、水泵、風(fēng)機(jī)等工作場(chǎng)所。

2 梅花型聯(lián)軸器故障及故障分析

(1)沒有選擇正規(guī)廠家產(chǎn)品，質(zhì)量不合格，在應(yīng)用中出現(xiàn)梅花型塑料元件被壓潰現(xiàn)象。

(2)在半聯(lián)軸節(jié)加工中，機(jī)床精度不高或凸齒處毛刺未清理干凈，梅花型聯(lián)軸器在安裝時(shí)，中間的梅花型塑料元件被劃傷，影響了其壽命。

(3)在安裝過程中，沒有正確的安裝方法，2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)安裝不對(duì)中，致使梅花型塑料元件在使用中被壓潰［4］。

針對(duì)2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中時(shí)對(duì)梅花型元件的影響，運(yùn)用Ansys軟件進(jìn)行仿真分析，設(shè)定聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，得出梅花型元件分別在對(duì)中、偏移0.5 mm、偏移1 mm三種情況下的應(yīng)變圖及位移圖。比較圖1～3應(yīng)變圖可以看出:在2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)對(duì)中完好的情況下，梅花型元件應(yīng)變值很均勻;當(dāng)2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)對(duì)中性偏移0.5 mm時(shí)，梅花型元件局部應(yīng)變值為對(duì)中時(shí)的約1.4倍;當(dāng)2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)對(duì)中性偏移1 mm時(shí)，梅花型元件局部應(yīng)變值為對(duì)中時(shí)的約2倍。比較圖4～6位移圖可以看出，當(dāng)2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)對(duì)中性偏移0.5 mm時(shí)，梅花型元件局部應(yīng)變值為對(duì)中時(shí)的約3倍;當(dāng)2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)對(duì)中性偏移1mm時(shí)，梅花型元件局部應(yīng)變值為對(duì)中時(shí)的約6倍。由此可得出，在2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)安裝時(shí)，對(duì)中的偏移量大于產(chǎn)品的允許偏移量時(shí)，梅花型元件所受的應(yīng)變值及位移值分別成不同倍數(shù)增加［5～7］。

圖1 對(duì)中時(shí)梅花型元件應(yīng)變圖

圖2 對(duì)中時(shí)梅花型元件位移圖

圖3 偏移0.5 mm時(shí)梅花型元件應(yīng)變圖

圖4 偏移0.5 mm時(shí)梅花型元件位移圖

圖5 偏移1 mm時(shí)梅花型元件應(yīng)變圖

圖6 偏移1 mm時(shí)梅花型元件位移圖

對(duì)于第1項(xiàng)故障，選擇一個(gè)正規(guī)廠家產(chǎn)品即可解決;對(duì)第2項(xiàng)故障，應(yīng)控制兩半聯(lián)軸節(jié)的加工精度，在加工完成后，及時(shí)對(duì)一些加工倒刺進(jìn)行清理打磨;對(duì)第3項(xiàng)故障，我們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)聯(lián)軸器在安裝時(shí)對(duì)中的重要性，了解并掌握梅花型聯(lián)軸器的安裝技巧，避免很多不必要的損失。

3 梅花型聯(lián)軸器安裝方法

梅花型聯(lián)軸器的使用越來越廣泛，但很多場(chǎng)合對(duì)安裝梅花型聯(lián)軸器的細(xì)節(jié)問題不很清楚，造成梅花型聯(lián)軸器損壞率較高，帶來了很多經(jīng)濟(jì)損失。以下為梅花型聯(lián)軸器的安裝技巧。

(1)安裝前應(yīng)首先檢查原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)兩軸是否同心，兩軸表面是否有包裝紙和碰傷，梅花型聯(lián)軸器2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)內(nèi)孔是否有雜物，內(nèi)孔棱邊是否有碰傷;如有應(yīng)將軸、半聯(lián)軸節(jié)清理干凈，碰傷用細(xì)銼處理好。然后檢查2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)的內(nèi)孔直徑和長(zhǎng)度是否同原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)的直徑和軸伸長(zhǎng)度尺寸相符。一般選型時(shí)，讓原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)端半聯(lián)軸節(jié)長(zhǎng)度小于其軸伸長(zhǎng)度10～30 mm為好。

(2)為了便于安裝，最好是將2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)放在120°～150°的保溫箱或油槽中進(jìn)行預(yù)熱，使內(nèi)孔尺寸漲大很容易裝上。安裝后保證軸頭不能凸出半聯(lián)軸節(jié)斷面，以齊平為好。檢測(cè)兩半聯(lián)軸節(jié)之間的距離:沿半聯(lián)軸節(jié)的法蘭盤兩內(nèi)側(cè)測(cè)出3～4點(diǎn)的讀數(shù)取平均值，及加長(zhǎng)段與兩個(gè)膜片組實(shí)測(cè)尺寸之和，兩者誤差應(yīng)控制在0～0.4 mm之內(nèi)。

(3)找正:用百分表檢測(cè)兩半聯(lián)軸節(jié)法蘭盤斷面和外圓跳動(dòng)，當(dāng)法蘭盤外圓小于250 mm時(shí)跳動(dòng)值應(yīng)不大于0.05 mm;當(dāng)法蘭盤外圓大于250 mm時(shí)，跳動(dòng)值應(yīng)不大于0.08 mm。

(4)安裝螺栓:把螺栓從法蘭盤小孔外側(cè)穿入，從另一件法蘭盤大孔外側(cè)穿出套上緩沖套、彈性墊圈，擰上螺母，用扳手將螺母把緊。如安裝不適或拆除更換，又不損傷軸及半聯(lián)軸節(jié);安裝完畢后，轉(zhuǎn)動(dòng)自如無憋勁為好。

另在實(shí)際使用時(shí)，在啟動(dòng)設(shè)備前應(yīng)先檢查梅花型聯(lián)軸器的螺母是否有松動(dòng)或脫落，如有應(yīng)及時(shí)將螺母用扳手把緊。

4 效果對(duì)比

以中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的某設(shè)備為例，從2008年至今，該設(shè)備在全國各煤礦使用共19臺(tái)。在井下使用過程中，設(shè)備所用的梅花型聯(lián)軸器故障瀕出。后經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)并對(duì)故障分析，發(fā)現(xiàn)梅花型聯(lián)軸器的正確安裝與否對(duì)其壽命起著決定性的作用。2010年以來，針對(duì)該類聯(lián)軸器，制定了專項(xiàng)安裝指導(dǎo)說明，并付諸于新設(shè)備的裝配及在用設(shè)備的更換。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，梅花型聯(lián)軸器的使用壽命有了明顯提高。表1是該設(shè)備梅花型聯(lián)軸器的使用情況統(tǒng)計(jì)。

表1 某設(shè)備梅花型聯(lián)軸器使用情況統(tǒng)計(jì)表

從表1可以得到聯(lián)軸器的使用情況分析圖7。從圖7可以出，2010年以前即沒有制訂專項(xiàng)安裝指導(dǎo)說明前，梅花型聯(lián)軸器的損耗數(shù)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，損耗量在0～0.10個(gè)/萬噸，平均損耗量為每萬噸過煤0.081 7個(gè)。其主要原因?yàn)槊坊?lián)軸器安裝不規(guī)范，受控因素較少，安裝隨意性較大。2010年后使用的設(shè)備中，聯(lián)軸器的損耗量大幅下降，每萬噸損壞量?jī)H為0.026 7個(gè)，較以前損耗量降低2倍。而且，聯(lián)軸器在每臺(tái)設(shè)備上損耗數(shù)量呈穩(wěn)定狀態(tài)，損耗量在0～0.667個(gè)/萬噸。由此可以看出，對(duì)聯(lián)軸器的正確安裝，不僅直接節(jié)約了大量成本，而且保證了設(shè)備的開機(jī)率，間接地創(chuàng)造了很高的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 某設(shè)備梅花聯(lián)軸器使用情況分析

5 結(jié)論

(1)通過對(duì)梅花型半聯(lián)軸節(jié)對(duì)中情況的模擬分析，表明2個(gè)半聯(lián)軸節(jié)安裝時(shí)，對(duì)中的偏移量大于產(chǎn)品的允許偏移量時(shí)，梅花型元件所受的應(yīng)變值及位移值分別成不同倍數(shù)增加，最終導(dǎo)致梅花型聯(lián)軸器的壓潰損壞。

(2)針對(duì)梅花型聯(lián)軸器而制訂的專項(xiàng)安裝說明從實(shí)施效果來看，實(shí)施以后聯(lián)軸器的損耗量降低大約2倍。

總之，引起梅花型聯(lián)軸器產(chǎn)生故障的因素較多，既有產(chǎn)品質(zhì)量問題，也有現(xiàn)場(chǎng)裝配方法問題。因此，在實(shí)際使用中，不僅要重視產(chǎn)品檢驗(yàn)，還應(yīng)該要裝配細(xì)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真分析，并找出合理解決辦法，減少和防止此類故障的發(fā)生，增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，提高生產(chǎn)效率。

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