絞邊彈性環(huán)聯(lián)軸器的選型與應(yīng)用

劉曉剛，雒小龍，董少偉

(陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，經(jīng)過(guò)幾十年技術(shù)發(fā)展，國(guó)產(chǎn)噴氣織機(jī)的性能日益完善、可靠性日趨穩(wěn)定。隨著織機(jī)轉(zhuǎn)速不斷提高，對(duì)零部件尤其是傳動(dòng)部分的核心件即絞邊的性能帶來(lái)了更大挑戰(zhàn)。絞邊與織機(jī)由聯(lián)軸器連接傳動(dòng)，寸轄制輪，一旦聯(lián)軸器出現(xiàn)選型或者裝配不當(dāng)，將嚴(yán)重影響織機(jī)性能和效率。因此，選擇合適的聯(lián)軸器至關(guān)重要。

1 聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與性能

聯(lián)軸器被廣泛應(yīng)用在工程機(jī)械、船舶、特種車(chē)輛、機(jī)床試驗(yàn)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和紡織機(jī)械等領(lǐng)域，用它傳遞動(dòng)力，不僅在吸收振動(dòng)和沖擊方面表現(xiàn)出色，而且可以降低機(jī)器噪聲。彈性環(huán)聯(lián)軸器彈性體的橡膠部分由多邊形橡膠和鋁制插入物組成，經(jīng)硫化及粘合固牢后，在軸向和徑向通過(guò)螺栓將彈性體連接到圓柱形轂和法蘭轂上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞；其徑向的螺栓連接具有預(yù)壓縮結(jié)構(gòu)，使得柔性和動(dòng)力傳遞在吸收振動(dòng)和沖擊方面效果很好。

2 聯(lián)軸器傳動(dòng)部分重要參數(shù)計(jì)算

實(shí)踐中，一般需要根據(jù)負(fù)荷計(jì)算轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速并初步選定聯(lián)軸器型號(hào)。電機(jī)轉(zhuǎn)矩與功率的關(guān)系式為T(mén)=9550P/n，即電機(jī)軸端輸出轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度。其中，T為電機(jī)力矩(也稱(chēng)扭矩)，單位為N·m；P為功率；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

以齒輪傳動(dòng)為例，傳動(dòng)的扭矩計(jì)算需先求出傳動(dòng)比。單機(jī)齒輪傳動(dòng)比：i=n1/n2=D2/D1=z2/z1，即傳動(dòng)比等于主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速比，也等于被動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比。其中，n為轉(zhuǎn)速，D為分度圓直徑，z為齒數(shù)。多級(jí)齒輪傳動(dòng)，每?jī)奢S之間的傳動(dòng)比按照單機(jī)齒輪傳動(dòng)比的公式計(jì)算，而從第1軸到j(luò)軸的總傳動(dòng)比按照i=(z2/z1)×(z4/z3)×(z6/z5)…(zj/zj-1)=(n1/n2)×(n3/n4)×(n5/n6)…(nj-1/nj)計(jì)算。

有了傳動(dòng)比，扭矩計(jì)算就非常簡(jiǎn)單，輸出扭矩等于輸入扭矩與傳動(dòng)比的乘積，這里是指額定功率下的額定扭矩；涉及到正反轉(zhuǎn)的設(shè)備時(shí)，還須計(jì)算出電機(jī)的最大輸出扭矩。從啟動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是不斷變化的，其中最大值稱(chēng)為最大轉(zhuǎn)矩或臨界轉(zhuǎn)矩，用Mmax表示。最大轉(zhuǎn)矩是衡量電機(jī)短時(shí)過(guò)載能力的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，該值越大電機(jī)承受機(jī)械荷載沖擊能力越大。如果電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行中發(fā)生了短時(shí)過(guò)載問(wèn)題，即最大轉(zhuǎn)矩小于過(guò)負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)便會(huì)停轉(zhuǎn)，發(fā)生“悶車(chē)”現(xiàn)象。最大轉(zhuǎn)矩一般也用額定轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)來(lái)表示，最大轉(zhuǎn)矩Mmax與額定轉(zhuǎn)矩MN的比值，被稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力(代號(hào)為γ)，一般異步電機(jī)的過(guò)載能力γ值為1.8～3.0。

3 聯(lián)軸器損壞的主要原因分析

3.1 彈性體橡膠存在質(zhì)量缺陷

彈性環(huán)聯(lián)軸器由橡膠體、法蘭盤(pán)和軸套3部分組成。在保證橡膠彈性體與法蘭盤(pán)和軸套配合效果的基礎(chǔ)上，還要考慮其預(yù)壓縮系數(shù)。彈性環(huán)聯(lián)軸器橡膠體的質(zhì)量要求：橡膠表面應(yīng)無(wú)瘤塊、裂紋、缺膠等缺陷；橡膠與金屬粘接處不應(yīng)有扯離問(wèn)題、深度超過(guò)1.0 mm的壓模痕跡、輕微凹凸和毛刺，不應(yīng)有深度超過(guò)1.5 mm的氣泡；不在此范圍內(nèi)的橡膠表面缺陷允許修磨1次；在金屬內(nèi)、外輪表面和金屬件孔內(nèi)的橡膠應(yīng)清除干凈，在保證尺寸公差的基礎(chǔ)上保證橡膠與金屬的粘合強(qiáng)度。聯(lián)軸器橡膠彈性環(huán)靜態(tài)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在瞬時(shí)最大扭矩下，彈性環(huán)的橡膠不應(yīng)產(chǎn)生裂紋或出現(xiàn)橡膠與金屬扯離問(wèn)題[1]。以上任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，如橡膠質(zhì)量差、斷面有雜質(zhì)，或橡膠與鋁制品硫化粘合強(qiáng)度低導(dǎo)致金屬部分與橡膠部分扯離，均會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題甚至發(fā)生安全事故。彈性環(huán)聯(lián)軸器屬于易損件，科學(xué)選型和選擇質(zhì)量好的橡膠體對(duì)聯(lián)軸器非常重要。

3.2 安裝精度影響使用壽命

聯(lián)軸器的壽命一定程度上取決于聯(lián)軸器與兩端連接件在垂直和水平方向上的一致性，即安裝時(shí)一定要保證軸向同軸，無(wú)徑向干涉、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活等問(wèn)題，最好有合適的工裝進(jìn)行裝配、校正和檢驗(yàn)。這樣不僅可以排除裝配時(shí)人為因素的影響，還能對(duì)聯(lián)軸器的制造工藝和選型進(jìn)行驗(yàn)證。

4 聯(lián)軸器的選型

4.1 根據(jù)用途和工況等選擇

有水或潮濕環(huán)境可選擇防銹且不易被腐蝕的SUS或樹(shù)脂制聯(lián)軸器，這些聯(lián)軸器同時(shí)適用于潔凈室環(huán)境；有油環(huán)境可選擇耐油性?xún)?yōu)異的高強(qiáng)度鋁合金聯(lián)軸器；有化學(xué)藥品環(huán)境的可選擇抗腐蝕、耐老化的SUS或高強(qiáng)度鋁合金聯(lián)軸器；用于快速、高精度定位的裝置，可選擇金屬膜片式聯(lián)軸器等。

4.2 根據(jù)規(guī)格選擇

根據(jù)所需的外形尺寸、安裝尺寸、扭矩要求、轉(zhuǎn)速、容許偏心等參數(shù)，選擇合適的聯(lián)軸器[2]。首先，聯(lián)軸器選型必須根據(jù)電機(jī)參數(shù)計(jì)算出實(shí)際扭矩，或用實(shí)際負(fù)載倒推所需扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)，綜合考慮計(jì)算得到的數(shù)據(jù)以及實(shí)際安裝尺寸、安裝誤差、沖擊、振動(dòng)、變形、溫度變化等造成的兩軸線(xiàn)相對(duì)偏移、扭轉(zhuǎn)角、軸向、徑向或角向許用補(bǔ)償及最大允許值等技術(shù)參數(shù)和資料，確定初步選取的彈性聯(lián)軸器型號(hào)是否滿(mǎn)足軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的特性要求。聯(lián)軸器許用振動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tv應(yīng)大于或等于扭振附加扭矩，校核聯(lián)軸器的瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于或者等于實(shí)際最大轉(zhuǎn)矩。當(dāng)以上幾項(xiàng)校核計(jì)算不能滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)更換另一檔型號(hào)的聯(lián)軸器重新進(jìn)行扭振計(jì)算。另外，要選擇有資質(zhì)、有實(shí)力的供應(yīng)商，保證測(cè)試聯(lián)軸器的額定傳遞扭矩、最大扭矩、動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和幾百萬(wàn)次的疲勞強(qiáng)度等參數(shù)真實(shí)有效，且達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 聯(lián)軸器的安裝和日常維護(hù)

5.1 安裝方法

5.1.1 安裝前準(zhǔn)備

雖然聯(lián)軸器允許有一定的軸心偏差，但是超過(guò)允許偏差值則會(huì)發(fā)生振動(dòng)，影響聯(lián)軸器的性能甚至對(duì)其造成破壞。所以安裝前應(yīng)對(duì)軸進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)整，使其軸心偏差在允許值以?xún)?nèi)。

5.1.2 安裝前確認(rèn)

安裝前，應(yīng)測(cè)量安裝聯(lián)軸器的電機(jī)輸出軸的徑向跳動(dòng)誤差，以掌握定心的基準(zhǔn)值。

5.1.3 安裝

首先，清潔軸表面以及聯(lián)軸器孔內(nèi)的油脂、粉塵，松開(kāi)聯(lián)軸器螺栓；其次，將聯(lián)軸器套在軸上，并確認(rèn)其軸向滑動(dòng)及徑向旋轉(zhuǎn)順暢；最后，按照說(shuō)明調(diào)整軸徑插入長(zhǎng)度，并用扭力扳手以規(guī)定的扭矩鎖緊聯(lián)軸器。軸插入聯(lián)軸器的長(zhǎng)度為產(chǎn)品目錄中記載的主體(轂)的長(zhǎng)度，若插入長(zhǎng)度過(guò)短，可能導(dǎo)致軸的滑移和夾緊部位損壞；若插入長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，會(huì)因聯(lián)軸器內(nèi)部的軸干涉導(dǎo)致?lián)p壞。

5.2 聯(lián)軸器的日常檢查維護(hù)

在日常維護(hù)過(guò)程中，除了按規(guī)定對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行清潔和潤(rùn)滑之外，通常還需檢查：① 聯(lián)軸器本體有無(wú)裂紋；② 聯(lián)軸器連接是否緊固牢靠；③ 聯(lián)軸器的鍵連接是否松動(dòng)或存在滾鍵問(wèn)題；④ 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是否有徑向圓跳動(dòng)和端面跳動(dòng)超差問(wèn)題；⑤ 聯(lián)軸器潤(rùn)滑狀況是否良好。

在規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)正確使用聯(lián)軸器，是保證其正常運(yùn)行的前提。未正確使用或者超壽命使用，可能會(huì)出現(xiàn)聯(lián)軸器破損、軸打滑、振動(dòng)、跳動(dòng)、異響聲等失效模式或故障；可根據(jù)具體使用狀況分析故障原因。

6 聯(lián)軸器的應(yīng)用效果

目前，CA182型噴氣織機(jī)已在湖北、四川、江蘇、陜西等地的多個(gè)用戶(hù)處使用。隨著織機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，作為噴氣織機(jī)重要傳動(dòng)件的絞邊聯(lián)軸器出現(xiàn)了一系列問(wèn)題。起初認(rèn)為是聯(lián)軸器批次質(zhì)量問(wèn)題，但對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行批次更換和廠(chǎng)家更換都未能解決問(wèn)題，最后對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的原因進(jìn)行深入分析，通過(guò)科學(xué)計(jì)算選型以及在裝配工序制定規(guī)范要求和制作工裝，問(wèn)題得到解決。在更高轉(zhuǎn)速科學(xué)選型前，每10臺(tái)織機(jī)的絞邊聯(lián)軸器每月平均壞3～4個(gè)；經(jīng)更高轉(zhuǎn)速科學(xué)選型后，每50臺(tái)6個(gè)月平均壞1個(gè)聯(lián)軸器，零件質(zhì)量和產(chǎn)品可靠性大幅提升，維修次數(shù)減少，織造效率提升，備件、維修和人工成本大幅降低。經(jīng)長(zhǎng)期試用和整體核算發(fā)現(xiàn)，聯(lián)軸器的科學(xué)選型、正確安裝和定期檢查維護(hù)是非常有效的，在降低成本、利潤(rùn)提高方面效果可觀(guān)。