新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器的設(shè)計與研究

□ 張乘風(fēng) □ 蓋明明 □ 張 欣 □ 毛玉鵬 □ 楊 文

1.陜煤集團 澄合礦業(yè)有限公司 陜西渭南 710089

2.西安斯克達(dá)機械制造有限公司 西安 710005

聯(lián)軸器是用來連接不同機構(gòu)中的兩根軸使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件［1］。聯(lián)軸器與軸的裝配大多是通過有鍵連接，其配合方式根據(jù)不同場合有間隙配合、過渡配合和過盈配合三種［2］。對于小型設(shè)備上的聯(lián)軸器，使用過渡配合或過盈配合效果較好，裝配或拆卸也較為容易。對于中型或大型設(shè)備上使用的聯(lián)軸器，其與軸的裝配或拆卸難度卻大大增加，一般在裝配時，需要借助輔助工具或采用溫差法［3］才能進(jìn)行裝配，尤其是對于裝配精度要求較高時，由于裝配方法不當(dāng)或裝配不到位，需要反復(fù)拆卸重裝，很容易造成零件損傷。在拆卸時，對于過渡配合或過盈量較小的連接，一般采用簡單的輔助工具即可拆卸，但是對于過盈量較大或因摩擦腐蝕作用發(fā)生咬死、卡死的連接，其拆卸難度極大，在拆卸過程中極易對軸和聯(lián)軸器造成損傷，甚至致使軸或聯(lián)軸器直接報廢。對于一些特殊場合，如煤礦井下不允許明火加熱（溫差法拆卸），在拆卸時需要將被拆件移至地面進(jìn)行操作，費時費力，這些都極大提高了維修及更換的難度和成本。

針對上述問題，本文設(shè)計了一種新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器，這種新型聯(lián)軸器不僅提高了聯(lián)軸器的裝拆效率，降低了裝拆難度，而且有效防止了軸與聯(lián)軸器因裝拆造成的損傷，同時這種聯(lián)軸器可以代替大多數(shù)傳統(tǒng)類型的聯(lián)軸器，適用面廣，具有較大的應(yīng)用價值，圖1所示為新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器的實物圖。

▲圖1 新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器實物圖

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

本文研究的新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器，特點是在傳統(tǒng)聯(lián)軸器的基礎(chǔ)上增加了一個內(nèi)錐套和相關(guān)附件，這種聯(lián)軸器可以代替大多數(shù)傳統(tǒng)聯(lián)軸器，以下以梅花形彈性聯(lián)軸器為例進(jìn)行分析說明。

圖2所示為新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖，該聯(lián)軸器主要由內(nèi)錐套、內(nèi)螺紋圓柱銷、拉緊螺釘、卡簧、調(diào)整墊片、半聯(lián)軸器主動盤、半聯(lián)軸器從動盤、梅花形彈性元件等組成。其中內(nèi)錐套、內(nèi)螺紋圓柱銷、拉緊螺釘、卡簧、調(diào)整墊片為新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器的關(guān)鍵部件；半聯(lián)軸器主動盤、半聯(lián)軸器從動盤和梅花形彈性元件等為傳統(tǒng)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)部件。

▲圖2 新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)錐套是新型聯(lián)軸器能夠快速裝配和拆卸的關(guān)鍵部件，也是連接傳動軸與聯(lián)軸器的中間部件，起到扭矩傳遞的作用。新型聯(lián)軸器能否可靠工作，內(nèi)錐套的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝起到至關(guān)重要的作用。由于內(nèi)錐套的結(jié)構(gòu)造成其發(fā)生應(yīng)力集中的部位較多，主要有三處：鍵槽處、螺紋孔處和騎縫銷孔處，因此需要滿足零件強度要求［4］，使其在過載情況下不發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞；內(nèi)錐套內(nèi)孔與軸若為過盈配合，則過盈量可以根據(jù)需要進(jìn)行控制（可以通過調(diào)節(jié)拉緊螺釘?shù)睦o力來輔助控制），而不需要考慮因無法裝配或拆卸而降低過盈量；內(nèi)錐套外錐面與半聯(lián)軸器主/從動盤內(nèi)孔配合為間隙配合（實際工作時，內(nèi)錐套外壁面在拉緊螺釘?shù)淖饔孟屡c半聯(lián)軸器主/從動盤為過盈配合），以保證內(nèi)錐套與半聯(lián)軸器主/從動盤能夠容易分離。

1.2 扭矩傳遞過程分析

對于大多數(shù)傳統(tǒng)類型的聯(lián)軸器，其扭矩的傳遞過程是：主動軸的旋轉(zhuǎn)扭矩通過軸上的鍵直接傳遞到半聯(lián)軸器的主動盤上，再通過半聯(lián)軸器的主動盤傳遞到半聯(lián)軸器的從動盤上，同樣再通過從動軸上的鍵將半聯(lián)軸器從動盤上的扭矩傳遞到從動軸上。

而本文研究的新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器，其扭矩的傳遞過程是：主動軸的旋轉(zhuǎn)扭矩通過軸上的鍵直接傳遞到內(nèi)錐套上，內(nèi)錐套上的扭矩又通過圓柱銷傳遞到半聯(lián)軸器的主動盤上，再通過半聯(lián)軸器的主動盤傳遞到半聯(lián)軸器的從動盤上，同樣再通過圓柱銷將半聯(lián)軸器從動盤上的扭矩傳遞到內(nèi)錐套上，內(nèi)錐套上的扭矩再通過鍵傳遞到從動軸上。

從上述分析中可以看到，相比傳統(tǒng)類型的聯(lián)軸器，本文研究的新型聯(lián)軸器，其在扭矩傳遞過程中增加了一個內(nèi)錐套的傳遞過程，這個內(nèi)錐套雖然使扭矩傳遞過程變得復(fù)雜，但是由于內(nèi)錐套外錐面與半聯(lián)軸器主/從動盤為過盈配合，并且扭矩是通過騎縫銷進(jìn)行傳遞的，因此這個過程并不會影響聯(lián)軸器的使用。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計

2.1 內(nèi)錐套設(shè)計

圖3所示為內(nèi)錐套的結(jié)構(gòu)示意圖，內(nèi)錐套為開縫錐套并開有鍵槽（如圖2所示），在內(nèi)錐套開縫一側(cè)锪平臺并開有安裝頂絲螺釘?shù)穆菁y孔，同時在內(nèi)錐套小端開有安裝拉緊螺釘?shù)穆菁y孔和安裝內(nèi)螺紋圓柱銷的騎縫銷孔。開縫錐套的作用是在安裝或拆卸聯(lián)軸器時，通過頂絲螺釘?shù)臄Q入作用可以將開縫錐套撐開，以方便內(nèi)錐套與軸的快速安裝或拆卸。內(nèi)錐套小端的螺紋孔用于安裝拉緊螺釘，拉緊螺釘產(chǎn)生的拉緊力不僅可以調(diào)節(jié)錐套內(nèi)壁面與軸的配合方式，而且可以保證內(nèi)錐套與半聯(lián)軸器主/從動盤之間產(chǎn)生較大的抱緊力，從而使聯(lián)軸器、錐套及軸緊密地組裝在一起。騎縫銷孔用于安裝內(nèi)螺紋圓柱銷，內(nèi)螺紋圓柱銷起定位和傳遞扭矩的作用。

2.2 半聯(lián)軸器主/從動盤設(shè)計

▲圖4 半聯(lián)軸器主/從動盤結(jié)構(gòu)圖

▲圖3 內(nèi)錐套結(jié)構(gòu)圖

新型內(nèi)錐套聯(lián)軸器的半聯(lián)軸器主/從動盤與傳統(tǒng)類型聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式基本上一樣，只是將傳統(tǒng)類型聯(lián)軸器的聯(lián)軸器盤內(nèi)孔改為與內(nèi)錐套配合的錐孔，并與內(nèi)錐套配作銷孔，同時開有安裝卡簧的環(huán)形槽，如圖4所示。半聯(lián)軸器主/從動盤的作用與傳統(tǒng)類型聯(lián)軸器的作用一樣，最終也是將主動軸的扭矩傳遞到半聯(lián)軸器主/從動盤上，再從半聯(lián)軸器的從動盤上將扭矩傳遞到從動軸上。

3 安裝及拆卸方法

如圖4所示，半聯(lián)軸器主動盤和半聯(lián)軸器從動盤結(jié)構(gòu)基本相同，其安裝及拆卸方法也基本相同，因此僅介紹半聯(lián)軸器主動盤的安裝及拆卸方法。

安裝時，先將頂絲螺釘擰入到頂絲螺紋孔中，將內(nèi)錐套撐開，然后將內(nèi)錐套推入到主動軸上的合適位置，再將頂絲螺釘擰出。當(dāng)內(nèi)錐套安裝好后，將半聯(lián)軸器主動盤裝到內(nèi)錐套上，確定好位置后，打入內(nèi)螺紋圓柱銷進(jìn)行定位，同時根據(jù)需要選擇合適的調(diào)整墊片并用力矩扳手?jǐn)Q緊拉緊螺釘，最后再將卡簧裝入到半聯(lián)軸器主動盤中的環(huán)形槽中，以保證拉緊螺釘和圓柱銷不發(fā)生松動和軸向竄動，由此完成了聯(lián)軸器的安裝。

拆卸時，先將卡簧卸下，再將拉緊螺釘擰出，圓柱銷退出，即可將半聯(lián)軸器主動盤從內(nèi)錐套上拆下，然后再將頂絲螺釘擰入到頂絲孔中，撐開內(nèi)錐套，即可將內(nèi)錐套從軸上拆下，這樣就完成了聯(lián)軸器的拆卸。

該新型聯(lián)軸器在陜煤集團澄合王村斜井已試驗使用了1年多，在使用過程中沒有出現(xiàn)任何問題。它將會在礦山機械、石油機械、化工機械、起重機械、運輸機械等行業(yè)中具有較大的應(yīng)用價值和推廣價值。

［1］ 彭常戶， 楊金祥.錐套式聯(lián)軸器 ［J］.機械制造，2000,38（10）：28-29.

［2］ 濮良貴.機械設(shè)計［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［3］ 劉惠民.大型齒輪聯(lián)軸器與軸的熱裝配 ［J］.軋鋼，1992（2）：30-44.

［4］ 宗澤.機械設(shè)計師手冊（上、下冊）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.