传动轴和轮毂的新型联接.pdf

传动轴和轮毅的新型联接 浙江省衙州凿岩机厂张文宜 传动轴和皮带轮 、 联轴节等轮毅零件的传 统联接式 , 大多需要在径向 , 轴向和周向简 称 “ 三向 ” 进行定位 固紧 , 并靠键与键槽之 间的挤压传递扭矩 。 这种联接结构 , 轴和轮毅 孔都要加工键槽 , 轴的端部往往还要加工出轴 肩或螺纹 , 有的则在轮毅上制出紧定螺孔 , 因 此 , 加工工艺比较复杂 。 而且 , 由于轴孔间隙 以及键槽的不对称 , 容易引起联接零件的回转 中心不一致 , 使回转产生振动 。 不久前 , 我厂从英国海卓万公司引进的 滑片式压缩机 , 其传动轴和联轴节间的固 紧联接采用了一种新颖的结构 。 该结构在轴和 毅孔之间按装了一个圆锥弹性轴套下面简称 “ 锥套 ” 作为中间联接体 , 靠接触面间的摩 擦力传递扭矩 。 它具有结构简单 , 拆装方便 , 工作可靠 , 安全等优点 , 非常适宜用于传递中 小功率的传动轴联接 。 本文对这种新结构进行 概况介绍 , 并通过力的分析 , 对其工作能力进 行条件性计算 , 最后提出结构尺寸的选取公式 供设计中参考 。 住传动轴 , 从而获得能传递扭矩的摩擦力矩 。 拆卸时 , 只要 拧下锁 紧 螺钉 , 用一 不大 的 轴向 力 , 即可使联轴节 与锥套分离 , 取下 联轴节后锥套不再 受挤压 , 在弹性作 用下恢复自由状 态 , 内孔涨大 , 于 是 就可方便地把它 从轴上取下来 。 二二寸一 一一一一十 只 阵阵议盆汉卜 一 、 结构原理 二 、 力的分析和扭矩计算 压缩机的传动轴和联轴节的联接以 及锥套的结构如图 , 图 锥套的材料为铸铁 , 其圆锥外表面的锥角 为 。 。 而联轴节内锥孔也具有相同的锥角 , 从 而使装配后二者能紧密接触 。 为 了使锥套能均 匀变形涨缩 , 在锥套圆锥面上还加工了一条切 口 和二条纵向直槽 。 装配时 , 先将压板和锥套 套入传动轴 上定位 , 轴上定位一般不用轴 肩然后 , 装 上联轴节 , 交替 均匀地拧紧三只均布的锁紧 螺钉 , 使锥套受径向挤压收缩 , 牢固地紧箍 上 面述及 , 锥套联接靠摩擦力传递扭知 。 由于锥套固紧后 , 其相互接触表面间不再产生 相对滑移 , 也不存在表而摩损及运动发热 , 因 此 , 它和离合器 , 摩擦轮等传动时产生相对滑 移的结构有本质上的区别 。 因此 , 不能应用摩 擦传动的计算公式进行扭矩传递能力的校核计 算 , 倘以圆锥摩擦离合器的扭矩公式进行计算 如式亩浦 饰 〕 、 额 。 通常呈干摩 擦 时 , 取铸铁的许用比压〔 〕 二 ,, 这样 就会得出圆锥轴套结构传递 扭矩的能力不住的 错误结论 。 从锥套的工作原理分析 , 它与过盈静配合 联接十分相近 。 过盈配合联接系利用配合过盈 时轴孔间产生 的很大径向压应力实现 固紧 。 而 锥套联接则是利用螺钉锁紧时的作用力 , 使接 触面间压力产生足够摩擦力矩以传递扭矩 。 过 盈配合的固紧力取决过盈量 的大小 , 锥套联接 传递扭矩 的能力则决定螺钉的锁紧力 。 由螺纹联接知 , 单个螺栓紧联接时的许用 轴向拉力为 〔 口〕 〔 〕 汀 艺 一 万 一 。 弓〔 〕 式中 〔 〕一螺栓的许用拉 应力 。 对于直径 ,二 毫米 , 承受静载荷的碳素 钢螺 栓 , 〔 〕、 。 一材料屈 服极限 。 一螺栓的中径 。 则作用于锥套上的最大轴向力 一 〔 〕 式中一锁紧螺钉数 。 承载能力计算 现将锥套作受力体分析 , 进行力的简化 , 其受力图如图 式中 。 一锥套的半锥角 , 资料介绍 , 锥套锥 角、 。。 , 一摩擦系数 , 当摩擦体为钢与铸铁时 , 取 。 由于锥套内孔的摩擦力矩比外锥面小 , 故 应对由孔传递扭矩的能力进行计算 。 当传递扭矩时 , 锥套与传动轴不发生相对 滑移的条件为 、工 一。 。 代愁 一 ,一一答 〔 , 〕 一 一 ’ 一 式中 。一压 缩机实际传递的扭矩 一工作情况系数 , 对压缩机可取。 , 一传动轴直径 , 〔 , 〕一轴套许用扭矩 摩擦力矩 。 压缩机的传递扭矩的校核 压缩机功率和转速 为 二 , 。 尺寸参数 为 二 , 。 锁紧 螺钉数 二 , 螺丝中径 」二 , 锁紧螺钉为 朴碳钢 , 强度按级制造 。 , 取〔的 、 彩 , , 滑片压缩机的工作 情 况系数取 , 取摩擦系数 。 按公式 、 求得 阵阵 么 计算式求出 , 二 ““ “ , 图 按公式求得压缩机的许用扭矩 歹 出力的平 衡式 矛 ,卜 由于 。 整理后得 〔〕 二 贪 ‘ 普 二 生又 。 二 压缩机的实际工作扭矩 一 一 。 二 。。, , 、, ,二, 斗入 女 、, 少 、了 性 ︺络 产吸‘、 安全系数 〔〕 架劣 一一 ,” , 厅 由于假设锥套截面均匀变形 , , 可得 二己 计算表 明 , 锥套摩擦联接的工作能力是可 靠的 。 锥套的强度校核 锥套的内孔与传动轴的配合比传统的轴一 毅孔配合要松 , 其制造精度也可低一些 。 一般可 取为 间隙配合如缪 一 , 粤 。 虽然 , 锥套收缩 一 “ 、, ’ 一 ”’门、曰“卜 刀” ’ 。 一 ,,,、,‘脚一 门曰 变形时其外锥面将弯曲受到拉力 , 但是 , 由于 间隙总的来说还是很小 , 因此锥套相对变形是 并不大 , 不会因收缩而引起破坏 。 此外 , 当锥 套被固紧后 , 与轮毅孔和轴颈紧密接触 , 基本 呈受压状态 。 由于铸铁具有很高的抗压强度 , 只要传动轴和毅体有足够强度和刚性 , 锥套不 会发生断裂等危险 , 因此 , 不用对锥套的强度 进行校核计算 。 考虑到开口裕度及铣刀的规格及强度 , 通 常可取 , 宜擂 由材料力学知 , 曲梁弯曲时 , 梁的外侧将 受到拉应力 , 梁的中性轴偏离形心落在梁 内侧 为压应力梁中心那一侧 。 因此 , 锥套收缩时其 外锥面将受拉应力 , 内孔表面受压 应力 。 虽 然 , 锥套变形不大 , 但考虑到铸铁 抗 拉能 力 差 。 因此 , 在锥套外锥面 上铣二条直槽 , 既能够起到减少 应变 , 降低拉应力的作用同 时还能使 锥 套变形均匀 , 提高传递扭矩的能 力 。 和开口一样 , 直槽的宽度可取 , 槽的深度可取锥套平均壁厚的 冬 。 ’一 ”’ 一 ‘ 一 ’护 ”一一 ”一 ‘ ” 一’ ’ 二 一 三 、 锥套的结构和尺寸设计 锁紧螺钉 锥套传递扭矩的摩擦力矩决定于锁紧螺 钉 。 资料介绍 , 锥套用于传递中小功率时 , 锁 紧螺钉的直径为数量在个 。 因此设金卜时可先选取螺钉直径和数量 , 用试算 法按式计算 , 如扭矩不够 , 可以加螺钉数目 或加大螺丝直径 , 直至许用扭矩对实际工作扭 矩具有足够的安全裕度为止 。 开口 开口可使锥套具有弹性 。 尺寸过大 , 会 使接触面积减小 。 过小 , 将侠弹性变形不够 , 影响扭矩传递 。 现求最小开口 。 锥套自由状态的周 长 兀 山 ‘ 式中一锥套内孔与轴 的间隙值 锥套固紧收缩时 , 孔和轴紧密接触 , 二者 直径相等 。 假 定 , 不考虑锥套变形 时 , 锥套外锥 顶和内孔的变形差异 。 此时 , 最小开口闭合 。 。 、 。 则锥套收缩后 的周长 和分别为锥套外锥面大 端和 小端的直径 。 直径和宽度 资料介绍 , 国外目前常用的锥套尺寸如下 表 , 将表上数值进行统计 , 结合国内手册中 , 袖 。 。 。 。 。 螺栓 入 与轮毅联接的尺寸 , 可得 出锥套尺寸的经验公 式 四 、 结语 锥套摩擦联接和传统的轴联毅接相比较 , 具有下列优点 轴和轮毅孔的对中性较好 , 袭配时能 下转页 一一 定能达到那洋高 , 其时塑料环虽不松脱 , 但其 它事故早已发生了 。 例如氟塑料的耐热极 限温 度℃就远远低子 。‘ 不过 , 应予强调指 出 , 以上两方面的问题并不 完全是 由于经脸数值水身造成的 , 选取法的盲 目性是更重要的原 因 , 这 可以从下面两个例子 得到说明 。 例已知 、 , 二 一叮 ℃ , 二 一 铬钢 , △ 二 ℃ , 设计 时选取 。 利用公 式 产 和 校算其过盈系数和防松脱安全过热温升 分 别 为 , 过盈二 ℃ 。 例 已知 、二 , , , 二 一 ℃ ,, 二火 一习 ℃铸铝 , △℃ , 设计时选取舀二 。 利用公式 产 和 校算得 , 过盈 ℃ 。 比较以上校算结果可以看出 , 例中选取 的 值虽然大于例大 , 但其防松脱安 全性反不及例 , 及 过盈均小近 , 这就 是选取法不完善 的表征 , 即选取法不能简单地 根据占的大小判断其防松脱的安全可靠程度 。 尽管通过对公式 产 的分析也可以定 性 地 说 , 为保证氟塑料整体导向环具有合理 的防松 脱安全裕度 , 当△和较大而凡较小时宜选用 较大的占值 , 反之则取用较小的占值 。 为此 , 笔 者认为传统 的按经验数值选取确定己的方法是 不够严谨 的 。 待续 上接页 同时对 “三 向 ” 固紧定位 。 传动抽上不必加工键槽 、 轴 肩 和 螺 纹 , 简化了结构和工艺 , 降低了成本 。 装拆十分方便 , 联接可靠 , 且具有过 载安全保护作用 。 装拆时 , 儿乎无压入压 出行 程 。 因 此 , 既使频繁装拆也不会损坏零件接触 表面 。 由于不必加工键槽和螺纹 , 避免应力 凳梦朴 , 提高了零件强度 。 。 当设计变动时 , 轴的尺寸作了小量修 改 、 愁 一 以只更换廉价的衬套 , 而不必更换皮带 轮 、 碳抽节等主妥零件 。 锥套也可应用齿轮 、 凸轮等联接 。 由 于结构简单 , 容易统一规格 , 实施标准化 。 目前 , 锥套摩擦联接结构在国外应用十分 普遍 。 资料介绍 , 美国 、 日本 、 加拿大 、 西欧 诸国在各种中小功率机器上儿乎都 采用该 结 构 。 而且 , 许多厂家都在采取措施 , 使能实现 国际性互换 。 因此 , 在我 国推行这种结构将有 其现实意义 。 参考文献 〔 〕机械设计手册 , 化学工业出饭社 〔〕许镇宇主编机械零件 〔〕日机械设计 , 丈 了年 心苦 冷粥‘ 浓 一净