變矩器與變速箱萬向傳動聯(lián)接結(jié)構(gòu)分析

陳昌尾 何 柳 黃新源 解 放

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所, 上海 201108)

0 引言

在設(shè)計通過萬向傳動節(jié)兩端與變矩器輸出軸、變速箱輸入相連接的聯(lián)軸節(jié)時，不僅要考慮兩者之間傳動連接尺寸的要求，還要知道萬向節(jié)與聯(lián)軸節(jié)安裝工藝的特定要求，才能設(shè)計好聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)。

1 問題描述

在設(shè)計SD7液力機(jī)械變矩器性能試驗(yàn)的工裝中，將原出廠試驗(yàn)臺架輸入端的皮帶輪改為聯(lián)軸節(jié)，借用皮帶輪安裝結(jié)構(gòu)中的平鍵和螺栓及壓板，聯(lián)軸節(jié)與輸入軸為固定安裝結(jié)構(gòu)，如圖1所示。聯(lián)軸節(jié)再與萬向節(jié)固定連接，萬向節(jié)另一端聯(lián)軸節(jié)與傳感器輸出端的接盤固定連接。

當(dāng)開始做性能試驗(yàn)，電機(jī)以每分鐘兩千轉(zhuǎn)的速度帶動SD7液力機(jī)械變矩器旋轉(zhuǎn)時，幾十秒后，試驗(yàn)臺架輸入端就冒出青煙，馬上停車，檢查蓋很燙，輸入軸轉(zhuǎn)不動，蓋和環(huán)咬住了。等蓋冷卻后，擰下蓋的螺栓，蓋和環(huán)還是卡在一起，要拆開萬向節(jié)，由于此處萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)都是固定安裝結(jié)構(gòu)，拆卸很不方便，試驗(yàn)臺架必須移開點(diǎn)距離才拆下萬向節(jié)。再拆下蓋和環(huán)看里面軸承，還算好，及時停車，軸承沒壞。只需將咬毛的環(huán)外圓車光還可安裝使用。

當(dāng)再安裝時，輸入軸上的聯(lián)軸節(jié)不用螺栓和壓板壓住，使聯(lián)軸節(jié)與輸入軸的安裝結(jié)構(gòu)變?yōu)榛瑒影惭b結(jié)構(gòu)，這樣安裝萬向節(jié)就方便，不用移動試驗(yàn)臺架。再做性能試驗(yàn)，試驗(yàn)臺架輸入端一點(diǎn)也不發(fā)燙了，性能試驗(yàn)順利完成。

為什么改變了聯(lián)軸節(jié)與輸入軸的安裝結(jié)構(gòu)，由固定改為滑動后，就排除了故障隱患，試驗(yàn)臺架的輸入端就不再發(fā)燙、冒青煙了？

2 分析原因

在推土機(jī)用液力變矩器的輸出端或輸入端，都用萬向節(jié)來做傳動聯(lián)接。分析推土機(jī)中萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)，了解推土機(jī)中液力變矩器、變速箱和萬向節(jié)的安裝工藝，有助于找到以上問題的原因。

圖1 試驗(yàn)臺架輸入端聯(lián)軸節(jié)安裝結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the installation structure of the coupling end of the test bench

2.1 推土機(jī)中萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的不同安裝結(jié)構(gòu)

TY220推土機(jī)中用萬向節(jié)將液力變矩器輸出端與變速箱輸入端連接起來，液力變矩器輸出端聯(lián)軸節(jié)與輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)如圖2所示，聯(lián)軸節(jié)的內(nèi)花鍵插進(jìn)輸出軸的外花鍵，到安裝位置后，還可向里移動10毫米，聯(lián)軸節(jié)與輸出軸是滑動安裝結(jié)構(gòu)。變速箱輸入端的聯(lián)軸節(jié)與輸入軸的安裝結(jié)構(gòu)是固定安裝結(jié)構(gòu)，在輸入軸端面用螺栓和壓板壓住聯(lián)軸節(jié)。所以萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)是不同的，一端是固定安裝結(jié)構(gòu)，另一端是滑動安裝結(jié)構(gòu)。萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)的不同安裝結(jié)構(gòu)與推土機(jī)中變速箱和萬向節(jié)的裝配工藝密切相關(guān)。

圖2 聯(lián)軸節(jié)滑動安裝結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of sliding joint installation structure

2.2 變速箱和萬向節(jié)的裝配工藝

萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)的不同安裝結(jié)構(gòu)取決于推土機(jī)的裝配工藝，在安裝固定好發(fā)動機(jī)和液力變矩器后，為保證變速箱輸入軸軸線與液力變矩器輸出軸軸線同軸度的安裝要求，先確定變速箱安裝的位置，保證兩端聯(lián)軸節(jié)中間距離有萬向節(jié)的安裝寬度，再校調(diào)變速箱輸入軸軸線與液力變矩器輸出軸軸線的同軸度在φ0.5毫米之內(nèi)，固定好變速箱后，再安裝連接變矩器輸出端和變速箱輸入端的萬向節(jié)。

在安裝萬向節(jié)時，萬向節(jié)兩端的液力變矩器和變速箱都已是安裝固定好不能再移動的，如果兩端的聯(lián)軸節(jié)也都是固定安裝結(jié)構(gòu)的話，由于聯(lián)軸節(jié)上止口臺階高出安裝平面4毫米，允許萬向節(jié)裝入兩聯(lián)軸節(jié)中間的寬度比萬向節(jié)的安裝寬度小了8毫米，萬向節(jié)無法裝入兩固定的聯(lián)軸節(jié)中。只有一端的聯(lián)軸節(jié)是滑動安裝結(jié)構(gòu)，并可向液力變矩器內(nèi)移動8毫米以上，萬向節(jié)才能裝入兩聯(lián)軸節(jié)中。萬向節(jié)裝入兩聯(lián)軸節(jié)中后，聯(lián)軸節(jié)再移回來，萬向節(jié)鑲嵌進(jìn)兩端聯(lián)軸節(jié)的止口定位中，再擰緊螺栓。這就是萬向節(jié)的安裝過程和裝配的特定要求。

萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸設(shè)計成不同的安裝結(jié)構(gòu)，是為了滿足裝配中的兩個必要條件：

① 向節(jié)兩邊變矩器和變速箱是不可移動的；

② 萬向節(jié)與聯(lián)軸節(jié)止口定位連接的結(jié)構(gòu)，決定了萬向節(jié)裝入兩聯(lián)軸節(jié)的寬度要比其安裝寬度大8毫米以上。

所以萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)要設(shè)計成一端固定、另一端滑動的組合安裝結(jié)構(gòu)。

2.3 試驗(yàn)臺架輸入端發(fā)燙、冒煙的原因分析

有一種意見認(rèn)為：是由于萬向節(jié)兩端輸出軸和輸入軸安裝不同心，萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)后造成輸入軸偏心，環(huán)與蓋之間的間隙小于偏心才產(chǎn)生摩擦，造成試驗(yàn)臺架的輸入端發(fā)燙、冒青煙，與軸承無關(guān)，只要將環(huán)的外圓車小1毫米，就不再會發(fā)生這種故障。實(shí)際這種出廠試驗(yàn)臺架共制造了5臺，4臺都已用在出廠試驗(yàn)臺上，應(yīng)該說，皮帶拉動皮帶輪產(chǎn)生輸入軸的偏心比萬向節(jié)不同心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏心量要更大，根據(jù)已用于出廠試驗(yàn)的4臺試驗(yàn)臺架的輸入端都未出現(xiàn)發(fā)燙、冒青煙的情況，可以判斷這種原因發(fā)生的概率不大。更有道理的原因應(yīng)該是：萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)，由兩端都固定，改為一端固定一端滑動，才使這種故障不再發(fā)生。以下來分析萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸都是固定安裝結(jié)構(gòu)時，安裝萬向節(jié)的過程和細(xì)節(jié)。

在安裝萬向節(jié)時，由于萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸都是固定安裝結(jié)構(gòu)，為滿足萬向節(jié)裝入兩聯(lián)軸節(jié)的寬度要比其安裝寬度大8毫米以上的必要條件，萬向節(jié)兩邊的試驗(yàn)臺架和傳感器底座，就必須有一邊是可移動的。由于傳感器與電動機(jī)聯(lián)成一體是不可移動的，只好移動試驗(yàn)臺架。

在萬向節(jié)裝入兩邊聯(lián)軸節(jié)之中后，必須移動試驗(yàn)臺架靠近萬向節(jié)，由于萬向節(jié)在中間，試驗(yàn)臺架不可能正好移到安裝位置，還差點(diǎn)距離就移不動了，這時擰緊萬向節(jié)和聯(lián)軸節(jié)的連接螺栓，靠螺栓擰緊的拉力，將聯(lián)軸節(jié)拉到安裝位置，同時聯(lián)軸節(jié)和輸入軸通過軸承也要拉試驗(yàn)臺架到安裝位置，由于試驗(yàn)臺架和變矩器整體非常重，靠螺栓擰緊的拉力很難拉動到位，此時試驗(yàn)臺架中的軸承就處于很大的軸向拉力之中。由于軸向拉力與旋轉(zhuǎn)方向垂直，在檢查時不用多少力就可轉(zhuǎn)動萬向節(jié)，這樣以為安裝沒問題，就安裝固定好試驗(yàn)臺架。

當(dāng)開始做性能試驗(yàn)，電機(jī)以每分鐘兩千轉(zhuǎn)的速度帶動變矩器旋轉(zhuǎn)時，試驗(yàn)臺架里處于很大軸向拉力之中的軸承很快就發(fā)熱，由于環(huán)是鋁的，熱漲系數(shù)大，當(dāng)軸承發(fā)熱時，環(huán)受熱膨脹，再加上萬向節(jié)不同心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏心量，環(huán)與蓋就發(fā)生摩擦，冒出了青煙。還算好，及時停車，軸承沒壞。

從以上萬向節(jié)安裝過程和故障發(fā)生過程的分析，萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸都是固定安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計，存在著隱患。由于安裝時未注意消除軸承上的軸向拉力，致使旋轉(zhuǎn)時，軸承發(fā)熱，這是造成這次故障的主要原因。所以當(dāng)再安裝時，輸入軸上的聯(lián)軸節(jié)不再用螺栓和壓板壓住，使聯(lián)軸節(jié)與輸入軸的安裝結(jié)構(gòu)變?yōu)榛瑒影惭b結(jié)構(gòu)。這樣輸入軸上的軸承不再受到軸向拉力的影響，恢復(fù)到自然狀態(tài)，因此，再做性能試驗(yàn)時，試驗(yàn)臺架的輸入端就一點(diǎn)也不發(fā)燙了，保證了試驗(yàn)順利完成。

3 結(jié)論

常用萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)有三種。

第一種是兩端都固定的安裝結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)有兩條。第一條，安裝、拆卸不方便，必須整體移動萬向節(jié)某一端的設(shè)備。第二條，如果安裝不當(dāng)，會使輸入、輸出軸上的軸承處于軸向拉力之中。當(dāng)輸入、輸出軸旋轉(zhuǎn)時，軸承會很快發(fā)熱，如果潤滑不及時就會燒壞軸承，即使?jié)櫥皶r，也會加快軸承磨損，減少軸承使用壽命。

第二種是兩端都滑動的安裝結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)雖然安裝方便，但萬向節(jié)會在中間來回竄動，會加快磨損、加大噪音。

第三種是一端固定另一端滑動的組合安裝結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)滿足了萬向節(jié)特定結(jié)構(gòu)的安裝要求，不會影響萬向節(jié)兩端物體的安裝位置，也不會影響兩端物體中軸承的可靠性和使用壽命。一般設(shè)計萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)就應(yīng)該選擇這種一端固定另一端滑動的組合安裝結(jié)構(gòu)。

以上雖然是從分析變矩器中萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)、安裝工藝和設(shè)計試驗(yàn)工裝中得到的經(jīng)驗(yàn)，但這種經(jīng)驗(yàn)對工程機(jī)械產(chǎn)品中設(shè)計同類型萬向節(jié)兩端聯(lián)軸節(jié)與輸入、輸出軸的安裝結(jié)構(gòu)也有很好的借鑒意義。