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      YB-900液力變矩器輸入軸鍵槽失效原因分析

      2013-12-04 01:50:20何建春
      設(shè)備管理與維修 2013年2期
      關(guān)鍵詞:鍵槽角位移變矩器

      何建春 劉 洋

      川慶鉆探工程公司川西鉆探公司 四川遂寧市

      一、引言

      YB-900液力變矩器是鉆機(jī)動(dòng)力傳遞的重要元件,變矩器輸入軸與輸入連接盤配合的鍵槽部位曾發(fā)生嚴(yán)重滾切失效現(xiàn)象(圖1)。由于損壞嚴(yán)重,整個(gè)軸面臨報(bào)廢。

      鍵槽處在輸入軸的端頭,該段軸有 1∶10 的錐度,配合長(zhǎng)度110mm,小端直徑108mm,在錐面上開有30mm×104mm的單鍵槽(圖 2)。

      二、失效原因分析

      (1)強(qiáng)度校核。變矩器輸入額定功率P=708kW,變矩器輸入額定轉(zhuǎn)速v=1200r/min,則扭矩T=9550P/v=5634.5N·m。

      應(yīng)用inventor軟件對(duì)該軸取段(圖3)進(jìn)行建模分析,可知輸入軸及鍵槽滿足實(shí)際輸入功率要求。

      (2)軸端部?jī)?nèi)外錐面的配合是否緊密和有無間隙,是軸端部上的緊固螺母來實(shí)現(xiàn)的(除加工因素外),通常錐面在緊密配合情況下,在動(dòng)力輸入時(shí),軸和連接盤是不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移的;但是若出現(xiàn)保險(xiǎn)鐵皮失效后,定位螺母松動(dòng)就會(huì)在變矩器運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)的情況下出現(xiàn)松動(dòng),從而導(dǎo)致軸與連接盤由靜配合變?yōu)閯?dòng)配合;此外,一般情況下鍵與連接盤的配合都是間隙配合,當(dāng)軸與連接盤傳遞扭矩時(shí)會(huì)一個(gè)微小的相對(duì)角位移α(圖4),在傳遞動(dòng)力的過程中,鍵就會(huì)對(duì)鍵槽的一側(cè)進(jìn)行擠壓、碰撞。

      圖1 鍵槽部位滾切失效

      圖2 輸入軸端錐面鍵槽

      圖3 inventor軟件建模

      (3)為分析直觀,將輸入軸工作錐面的中部截面作為參考截面,如圖5。

      經(jīng)對(duì)實(shí)物測(cè)繪,圖5中 R為此斷面軸半徑,R=57mm,H為此斷面鍵槽到軸中心距離,H=44mm,b為鍵槽寬度,b=30mm,那么圖5中鍵槽側(cè)面高度S=10.99mm,鍵槽側(cè)面軸部有效實(shí)體寬度t=21.24mm,則軸鍵槽能承受的擠壓應(yīng)力σp可用式(1)計(jì)算。

      式中 σp——軸鍵槽承受的擠壓應(yīng)力,MPa

      T——傳遞的扭矩,N·mm

      圖4 軸與連接盤相對(duì)角位移

      圖5 輸入軸錐面中部截面

      d——中間斷面軸徑,mm

      S——鍵槽側(cè)面高度,mm

      L——鍵的工作長(zhǎng)度,L=89mm

      (4)輸入軸與連接盤有相對(duì)角位移后,作用在輸入軸鍵槽右側(cè)的應(yīng)力就會(huì)由面接觸變?yōu)樽饔迷阪I槽頂部的線接觸。這時(shí)鍵槽的右側(cè)面就形成了一端固定一端受力的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),那么其作用在鍵槽右側(cè)面的應(yīng)力σ可由式(2)計(jì)算。

      式中 σ——鍵槽右側(cè)面的應(yīng)力,MPa

      P——徑向作用力,kN。P=T/(d/2)=98.85

      w——材料截面模量,mm3,w=St2/6=8.26×10-6

      由計(jì)算結(jié)果可知σ>σp,此時(shí)的輸入軸鍵槽右側(cè)面將在應(yīng)力σ的作用下產(chǎn)生一個(gè)初變形,當(dāng)輸入軸工作在變載工況時(shí),鍵與連接盤即會(huì)對(duì)鍵槽左側(cè)面產(chǎn)生沖擊應(yīng)力。隨著沖擊次數(shù)的增加,鍵槽右側(cè)面沿水平方向的變形也在增加,最終導(dǎo)致鍵槽單邊嚴(yán)重破壞,使軸失去修復(fù)價(jià)值。

      三、結(jié)論

      通過以上分析可以看出,為了消除類似錐度配合的鍵槽側(cè)面損壞,必須確保緊固螺母緊固,使錐面配合緊密無間隙,避免鍵與軸及連接盤,由靜配合變?yōu)閯?dòng)配合,從而避免產(chǎn)生沖擊載荷,造成鍵槽損壞。

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