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联轴器防止传动轴系的装置和结构特点分析

2020-10-26 09:28:26

{一}、联轴器防止传动轴系过载的装置
联轴器是机械产品中一种常用的部件,用来联接两轴或轴和回转件,并在传递运动和动力过程中,一同回转而不脱开也不改变转动方向和扭矩大小;有些弹性套柱销联轴器还有补偿两轴相对位移和缓冲减振等功能。此外,有些联轴器还可兼作防止传动轴系过载的装置。
随着工业和技术的发展,机械在现代工业中的应用不断扩大,种类不断增加,对其性能的要求也愈来愈高。为了提高机械装置的效能和性,机械的零部件,尤其是联轴器,具有是重要的。因此,尽管目前有不少系列化、标准化的联轴器,但由于机械种类繁多,且其载荷、转速、工作环境各不相同,故还需要各种性能不同的联轴器,以适应不同的工况和使用要求。
目前,联轴器种类繁多,根据不同的原则可有不同的分类,一般来说,联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。
(1)刚性联轴器刚性联轴器又分为固定式刚性联轴器和可移式刚性联轴器。固定式刚性联轴器,如套筒联轴器、凸缘联轴器和夹壳联轴器等,它们的联接元件之间不能相对运动,只能用于被联接两轴安装时能严格对中和工作时不会发生相对位移的场合。可移式刚性联轴器,如十字滑块联轴器、滑块联轴器、链条联轴器和齿轮联轴器等,设计有可相对移动的联接元件,依靠联接元件的相对移动来补偿被联接两轴的对中误差和相对位移。因此,可移式刚性联轴器用于被联接两轴存在的对中误差或相对位移的场合。
(2)弹性联轴器弹性联轴器具有能产生较大弹性变形和阻尼作用的弹性元件,依靠弹性元件补偿两轴相对位移,还能起缓冲和吸振的作用。
弹性联轴器中的弹性元件是指富于弹性、具有类似弹簧功能的传扭零件,是弹性联轴器中极为重要的零件,弹性联轴器工作性能的好坏,主要取决于弹性元件的性能。要适用于某一传动且性能优良的弹性联轴器,关键是要设计好其中的弹性元件。对于弹性元件的一般要求如下:(a)具有较高的弹性和阻尼,刚度恒定且,以装有联轴器的轴系动力特性相对稳定。
(b)在相同条件下能贮存较大的变形能,以获得较好的缓冲和振动效果。
(c)结构合理,工艺性好。
(d)体积小、重量轻。
根据弹性元件材料的不同,可分为非金属弹性元件和金属弹性元件联轴器。
非金属弹性元件的材料主要有橡胶和工程塑料,其中前者应用较为广泛。非金属弹性元件的特点有:①弹性变形较大,且可以通过改变材料成分不同的弹性模量而满足工程需要的刚度特性。②容易加工成复杂的几何形状,好地满足实际的工程需求。③阻尼特性好,缓和冲击和振动好。④不需润滑,绝缘性好。
与非金属弹性元件比较,金属弹性元件的优点有:①疲劳,承载能力大,有利于减小联轴器的尺寸和减轻重量。②性好,使用寿命长,在一般工作环境中,机械性能稳定,不会老化变质,可以长期存放,受环境影响小,工作范围广。③弹性模量大而稳定,不受工艺条件和结构因素的影响,容易控制联轴器的动力特性。
联轴器使用过程中,由于制造精度、安装误差、工作时轴的变形、轴承的磨损,以及支座的下沉等原因,被联轴器联接的两轴轴线常不可避免地存在的不同轴,即两轴轴线存在相对位移。当存在相对位移时,采用固定式刚性联轴器会引起附加载荷。为了避免这种现象,应采用可移式刚性联轴器或者弹性联轴器。
可移式刚性联轴器,依靠联接元件间的相对可移性来补偿被联接两轴安装时的对中误差,以及工作时的相对位移。但由于联接元件间的相对滑动时的摩擦,难免存在的附加载荷,其大小与相对滑动的联接元件的结构、制造精度、相对位移及滑动速度的大小以及润滑情况等有关。当两轴轴线位移过大时,附加载荷显著加大,将加剧联接元件的磨损。选用可移式刚性联轴器时,应充分考虑其对轴线位移的补偿范围,并应注意其润滑良好等问题。
弹性联轴器,依靠联轴器中弹性元件的弹性变形补偿所联接两轴的相对位移。与可移式刚性联轴器相比,弹性联轴器具有高扭矩刚性、灵敏性、顺时针和逆时针回转特性相同、零回转间隙、免维护、抗油和蚀性等特点。基于上述优点,弹性联轴器被加广泛地使用。
目前,对于弹性联轴器的研究主要包括以下两个方面:一方面是用于重型设备,如船舶、风电机组等高速大功率的应用环境,对联轴器的强度、刚度和寿命有很高的要求,所以其研究方向主要是联轴器内部的应力分布、强度、刚度与疲劳分析,以及相关的优化设计。另一方面是用于传动、伺服传动以及轴角检测装置的联轴器,对联轴器的传动精度有很高的要求。联轴器连接的两根轴一般情况下都存在安装误差,的弹性联轴器从原理和结构上应能较大限度减小由安装误差引起的转角误差,所以如何减小转角误差就是联轴器所要研究的重要课题。
{二}、圆弧端齿弹性联轴器结构特点分析
在大功率机车驱动系统中,由于大的驱动力矩和结构空间的限制,常采用弹性端齿连接的梅花形弹性联轴器
联轴器的端齿齿形分布通常采用三种方式:十字型端齿,径向直齿端齿,圆弧端齿,三种方式的齿形断面均为梯形。
相对于其它几种齿形端面,圆弧端齿主要具有以下优点:高刚性,当凹齿与凸齿啮合在一起时,轮齿间接触面是相当均匀连续,而且齿盘有多少对轮齿便有多少对齿接触面,接触面积大,因此齿盘就能承受较高的载荷而且具有很高的刚性。
自动对心,由于端面弧齿盘的轮齿齿形由外向内沿其弧度均匀缩小,且轮齿以端齿盘的中心轴对称。在各齿向心力的作用下,两端齿盘实现自动对心。
此外,圆弧端齿弹性联轴器较前两种齿形具有结构紧凑、啮合、传递力矩大,并便于设计、制造、安装等一系列优点。
采用圆弧r端齿弹性联轴器的两个半轴体采用等离子焊接成一体,联轴器的端齿盘采用圆弧端齿盘,弹性联轴器端齿盘(端齿盘1)和齿轮轴端齿盘(端齿盘2)的齿形曲率半径相等,且各齿沿圆周均匀分部,均布,这样端齿盘1和端齿盘2就可以紧密的配合。端齿盘1和端齿盘2通常要求能互相着色的齿数要达到90%,着色面积占工作面积的75,以各个齿在传递扭矩时,可以均匀受力。
圆弧端齿弹性联轴器较早应用于飞机发动机,其高速、大功率的优点在飞机发动机的应用过程中很好的体现出来。相对于铁路行业,飞机发动机中的圆弧端齿弹性联轴器转速高、功率大,因此其运行工况加恶劣。由此可以看出,圆弧端齿弹性联轴器能够很好的满足高速、重载、大功率的运行要求,能够满足当前铁路运输中机车驱动系统对联轴器的性能要求。