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聯軸器的選型參考

文章出處:未知 人氣:發表時間:2018-05-05
      聯軸器品種、型式、規格很多,在正確理解品種、型式、規格各自概念的基礎上,根據傳動的需要來選擇聯軸器,首先從已經制訂為標準的聯軸器中選擇,目前我過制訂為國際和行標的聯軸器有數十種,這些標準聯軸器絕大多數是通用聯軸器,每一種聯軸器都有各自的特點和適合范圍,基本能夠滿足多種工況的需要,一般情況下設計人員無需自行設計聯軸器,只有在現有標準聯軸器不能滿足需要時才自行設計聯軸器。標準聯軸器選購方便,價格比自行設計的非標準聯軸器要便宜很多。在眾多的標準聯軸器中,正確選擇適合自己需要的最佳聯軸器,關系到機械產品軸系傳動的工作性能、可靠性、使用壽命、振動、噪聲、節能、傳動效率、傳動精度、經濟性等一系列問題,也關系到機械產品的質量。

設計人員在選用聯軸器時應立足于從軸系傳動的角度和需要來選擇聯軸器,應避免單純的只考慮主、從動端聯接選擇聯軸器。

一、選擇聯軸器應考慮的因素

(一)動力機的機械特性

動力機到工作機之間,通過一個或數個不同品種型式、規格的聯軸器將主、從動端聯接起來,形成軸系傳動系統。在機械傳動中,動力機不外乎電動機、內燃機和氣輪機。由于動力機工作原理和機構不同,其機械特性差別較大,有的運轉平穩,有的運轉時有沖擊,對傳動系統形成不等的影響。根據動力機的機械特性,將動力機分為四類。見表 1 。
表 1 動力機系數 Kw
動力機類別代號
動力機名稱
動力機系數 Kw
動力機類別代號
動力機名稱
動力機系數 Kw
電動機、透平
1.0
二缸內燃機
1.4
四缸及四缸以上內燃機
1.2
單缸內燃機
1.6
動力機的機械特性對整個傳動系統有一定的影響,不同類別的動力機,由于其機械特性不同,應選取相應的動力機系數 Kw ,選擇適合于該系統的最佳聯軸器。動力機的類別是選擇聯軸器品種的基本因素,動力機的功率是確定聯軸器的規格大小的主要依據之一,與聯軸器轉矩成正比。

固定的機械產品傳動系統中的動力機大都是電動機,運行的機械產品傳動系統(例如船舶、各種車輛等)中的動力機多為內燃機,當動力機為缸數不同的內燃機時,必須考慮扭振對傳動系統的影響,這種影響因素與內燃機的缸數、各缸是否正常工作有關。此時一般應選用彈性聯軸器,以調整軸系固有頻率,降低扭振振幅,從而減振、緩沖、?;ご爸貌考?,改善對中性能,提高輸出功率的穩定性。

(二)載荷類別

由于結構和材料不同,用于各個機械產品傳動系統的聯軸器,其載荷能力差異很大。載荷類別主要是針對工作機的工作載荷的沖擊、振動、正反轉、制動、頻繁啟動等原因而形成不同類別的載荷。為便于選用計算,將傳動系統的載荷分為四類,見表 2 。
表 2 載荷類別
載荷類別
載荷狀況
工況系數 K
載荷類別
載荷狀況
工況系數 K
載荷均勻,工作平穩
1~1.5
重沖擊載荷,頻繁正反轉
2.5~2.75
中等沖擊載荷
1.5~2.5
特重沖擊載荷,頻繁正反轉
>2.75
傳動系統的載荷類別是選擇聯軸器品種的基本依據。沖擊、振動和轉矩變化較大的工作載荷,應選擇具有彈性元件的撓性聯軸器即彈性聯軸器,以緩沖、減振、補償軸線偏移,改善傳動系統工作性能。起動頻繁、正反轉、制動時的轉矩是正常平穩工作時轉矩的數倍,是超載工作,必然縮短聯軸器彈性元件使用壽命,聯軸器只允許短時超載,一般短時超載不得超過公稱轉矩的 2~3 倍,即 [Tmax] ≥ 2~3T n 。

低速工況應避免選用只適用于中小功率的聯軸器,例如:彈性套柱銷聯軸器、芯型彈性聯軸器、多角形橡膠聯軸器、輪胎式聯軸器等;需要控制過載安全?;さ鬧嵯?,宜選用安全聯軸器;載荷變化較大的并有沖擊、振動的軸系,宜選擇具有彈性元件且緩沖和減振效果較好的彈性聯軸器。金屬彈性元件彈性聯軸器承載能力高于非金屬彈性元件彈性聯軸器;彈性元件受擠壓的彈性聯軸器可靠性高于彈性元件受剪切的彈性聯軸器。

(三)聯軸器的許用轉速

聯軸器的許用轉速范圍是根據聯軸器不同材料允許的線速度和最大外緣尺寸,經過計算而確定。不同材料和品種、規格的聯軸器許用轉速的范圍不相同,改變聯軸器的材料可提高聯軸器許用轉速范圍,材料為鋼的許用轉速大于材料為鑄鐵的許用轉速。

用于 n>5000r/min 工況條件的聯軸器,應考慮聯軸器外緣離心力和彈性元件變形等影響因素,并應作動平衡。高速時不應選用非金屬彈性元件彈性聯軸器,高速時形成彈性元件變形,宜選用高精度的撓性聯軸器,目前國外用于高速的聯軸器不外乎膜片聯軸器和高精度鼓形齒式聯軸器。

(四)聯軸器所聯兩軸相對位移

聯軸器所聯兩軸由于制造誤差、裝配誤差、安裝誤差、軸受載而產生變形、基座變形、軸承受損、溫度變化(熱脹、冷縮)、部件之間的相對運動等多種因素而產生相對位移。一般情況下,兩軸相對位移是難以避免的,但不同工況條件下的軸系傳動所產生的位移方向,即軸向( x )、徑向( y )、角向(α)以及位移量的大小有所不同。只有撓性聯軸器才具有補償兩軸相對位移的性能,因此在實際應用中大量選擇撓性聯軸器。剛性聯軸器不具備補償性能,應用范圍受到限制,因此用量很少。角向(α)唯一較大的軸系傳動宜選用萬向聯軸器,有軸向竄動,并需控制軸向位移的軸系傳動,應選用膜片聯軸器;只有對中精度很高的情況下選用剛性聯軸器,各標準撓性聯軸器許用補償量見表 3 。

(五)聯軸器的傳動精度

小轉矩和以傳遞運動為主的軸系傳動,要求聯軸器具有較高的傳動精度,宜選用金屬彈性元件的撓性聯軸器。大轉矩個傳遞動力的軸系傳動,對傳動精度亦有要求,高轉速時,應避免選用非金屬彈性元件彈性聯軸器和可動元件之間有間隙的撓性;聯軸器,宜選用傳動精度高的膜片聯軸器。

(六)聯軸器尺寸、安裝和維護

聯軸器外形尺寸,即最大徑向和軸向尺寸,必須在機器設備允許的安裝空間以內。應選擇裝拆方便、不用維護、維護周期長或者維護方便、更換易損件不用移動兩軸、對中間調整容易的聯軸器。

大型機器設備調整兩軸對中較困難,應選擇使用耐久和更換易損件方便的聯軸器。金屬彈性元件撓性聯軸器一般比非金屬彈性元件撓性聯軸器使用壽命長。需密封潤滑和使用不耐久的聯軸器,必然增加維護工作量。對于長期連續運轉和經濟效益較高的場合,例如我國冶金企業的軋機傳動系統的高速端,目前普遍采用的是齒式聯軸器,齒式聯軸器雖然理論上傳遞轉矩大,但必須在潤滑和密封良好的條件下才能耐久工作,且需經常檢查密封狀況,注潤滑油或潤滑脂,維護工作量大,增加了輔助工時,減少了有效工作時間,影響生產效益。國際上工業發達國家,已普遍選用使用壽命長、不用潤滑和維護的膜片聯軸器取代鼓形齒式聯軸器,不僅提高了經濟效益,還可以凈化工作環境。在軋機傳動系統選用我過研制的彈性活銷聯軸器和扇形塊彈性聯軸器,不僅具有膜片聯軸器的優點,而且緩沖減振效果好,價格便宜。

(七)工作環境

聯軸器與各種不同主機產品配套使用,周圍的工作環境比較復雜,如溫度、濕度、水、蒸汽、粉塵、砂子、油、酸、堿、腐蝕介質、鹽水、輻射等狀況,是選擇聯軸器時必須考慮的重要因素之一。對于高溫、低溫、有油、酸、堿介質的工作環境,不宜選用以一般橡膠為彈性元件材料的撓性聯軸器,應選擇金屬彈性元件撓性聯軸器,例如膜片聯軸器、蛇形彈簧聯軸器等。

彈性柱銷式聯軸器由于運轉時柱銷的竄動,自身噪聲大,對于噪聲有嚴格要求的場合就不應選用。
表 3 撓性聯軸器和彈性聯軸器許用補償量
序號
聯軸器名稱
標準號
許用補償量
徑向(△ y )/mm
軸向(△ x )/mm
角向(△α)
1
滾子鏈條聯軸器
GB/T6069 — 85
0.19~0.27
1.4~9.5
1 o
2
SWC 型整體叉頭十字軸式萬向聯軸器
JB/T5513 — 85
-
-
15 o ~25 o
3
SWP 型剖分軸承十字軸式萬向聯軸器
JB/T3241 — 91
-
-
5 o ~10 o
4
SWZ 型整體軸承十字軸式萬向聯軸器
JB/T3242 — 93
-
-
≤ 10 o
5
十字軸式萬向聯軸器-
JB/T5901 — 91
-
-
≤ 45 o
6
 
球籠式萬向聯軸器
GB/T7549 — 87
-
-
14 o ~18 o
7
重型機械用球籠式萬向聯軸器-
JB/T6140 — 92
-
-
≤ 25 o
8
球鉸式萬向聯軸器
JB/T6139 — 92
-
-
≤ 40 o
9
TGL 型鼓形齒式聯軸器
JB/T5514 — 91
0.3~1.1
± 1
1 o
10
WGC 、 WGP 、 WGZ 型鼓形齒式聯軸器
7001 — 93
JB/T 7002 — 93
7003 — 93
1.3~10.8
-
1 o30 ′
11
GCLD 型鼓形齒式聯軸器
JB/T8854.1 — 1999
-
-
1 o30 ′
12
GCL 型鼓形齒式聯軸器
JB/T8854.2 — 1999
1.96~21.7
-
1 o30 ′
13
GCLZ 型鼓形齒式聯軸器
JB/T8854.3 — 1999
1.0~8.5
-
1 o30 ′
14
CL 型鼓形齒式聯軸器
JB/ZQ4218 — 86
0.4~6.3
-
0 o30 ′
15
膜片聯軸器
JB/T9147 — 1999
-
1~2
0 o30 ′ ~1o30 ′
16
蛇形彈簧聯軸器
GB/T8869 — 2000
0.2~0.5
-
0 o30 ′ ~1o30 ′
17
簧片聯軸器
GB/T12922 — 91
0.24~1.1
-
-
18
撓性桿聯軸器
GB/T14654 — 93
-
-
6X10 — 3 ~15X10 — 3 rad
19
彈性套柱銷聯軸器
GB/T4323 — 84
0.2~0.6
-
0 o30 ′ ~ 1 o30 ′
20
彈性柱銷聯軸器
GB/T5014 — 85
0.15~0.25
-
≤ 0 o30 ′ V
21
彈性柱銷齒式聯軸器
GB/T5015 — 85
0.3~1.5
-
0 o30 ′ ~2 o30 ′
22
梅花型彈性聯軸器
GB/T5272 — 85
0.5~1.8
-
1 o~ 2 o30 ′
23
輪胎式聯軸器
GB/T5844 — 86
1.0~5
-
3.2 o
24
彈性環聯軸器
GB/T2496 — 96
1.2~6.2
-
0 o30 ′ ~1 o30 ′
25
芯型彈性聯軸器
GB/T10614 — 89
0.5~2
-
0 o20 ′ ~1 o30 ′
26
彈性塊聯軸器
JB/T9148 — 1999
0.6~2
-
2 o ~5 o
27
多角形橡膠聯軸器
JB/T5512 — 91
1~2
-
1 o ~1 o30 ′
28
H 形彈性聯軸器
JB/T5511 — 91
0.5~2
-
0.35 o~1o
29
徑向彈性柱銷聯軸器
JB/T7849 — 95
1
-
0.35 o~1o
30
LAK 型鞍形塊彈性聯軸器
JB/T7648 — 95
2~10
-
1 o~1.5o
31
球面滾子聯軸器
JB/T7009 — 93
-
-
1.5 o
32
滑塊聯軸器-
JB/ZQ4384 — 97
≤ 0.2
-
≤ 0 o40 ′
(八) 經濟性

由于各品種、型式、規格的聯軸器結構、材料、大小和精度不同,其成本和造價相差很大。一般精度要求的聯軸器成本低于高精度要求的聯軸器;結構簡單、工藝性好的聯軸器成本低于結構復雜、工藝性差的聯軸器;采用一般材料作原料的聯軸器成本低于采用特殊材料作原料的聯軸器;非金屬彈性元件撓性聯軸器的成本低于金屬彈性元件撓性聯軸器。在選擇聯軸器時,價格是不可忽視的重要因素,有時甚至是決定因素。對于一般工況條件,就無必要選擇價格較貴的高精度聯軸器,選用者往往因為經濟的原因不能選用某些性能雖好但價格較高的撓性聯軸器。

在選擇聯軸器時應根據選用各自實際情況和要求,綜合考慮上述各種因素,從現有標準聯軸器中選取最適合于自己需要的聯軸器品種、型式和規格。一般情況下現有的標準聯軸器基本可以滿足不同工況的需要。

二. 選用程序

在考慮上述綜合因素的基礎上,聯軸器選用程序如下:

(一)選用標準聯軸器

設計人員在選擇聯軸器時首先應在已經制定為國家標準、機械行業標準以及獲國家專利的聯軸器中選擇,只有在現有標準聯軸器和專利聯軸器不能滿足設計需要時才自己設計聯軸器。我國現已制訂了數量相當多的不同品種,在不同結構型式和規格基本能滿足不同轉矩、轉速和工況條件的標準聯軸器。這些標準聯軸器有的是我國自行研制并經過工業實驗;有的是根據國外工業發達國家有關標準轉化;有的是參考引進樣機消化吸收并自行研制。有的標準聯軸器不僅在國內是新型高性能,在國際上也具有先進水平,例如膜片聯軸器。在制訂標準時一般都經過嚴格程序,以保證標準的質量。標準聯軸器是成熟的,一般也應是可靠的,關鍵是正確選擇。國家專利聯軸器例如彈性活銷聯軸器、扇形塊彈性聯軸器,吸取多種老式彈性聯軸器的優點,克服了各自存在的缺點,在國內外均屬高性能、新技術,是更新換代聯軸器。

(二)選擇聯軸器品種、型式

了解聯軸器(尤其是撓性聯軸器)在傳動系統中的綜合功能,從傳動系統總體設計考慮,選擇聯軸器品種、型式。根據原動機類別和工作載荷類別、工作轉速、傳動精度、兩軸偏移狀況、溫度、濕度、工作環境等綜合因素選擇聯軸器的品種。

根據配套主機的需要選擇聯軸器的結構型式,當聯軸器與制動器配套使用時,宜選擇帶制動輪或制動盤型式的聯軸器;需要過載?;な?;宜選擇安全聯軸器;與法蘭聯接時,宜選擇法蘭式;長距離傳動,聯接的軸向尺寸較大時,宜選擇接中間或接中間套型。

(三)聯軸器轉矩計算

傳動系統中動力機的功率應大于工件機所需功率。根據動力機的功率和轉速可計算得到與動力機相聯接的高速端的理論轉矩 T ;根據工況系數 K 及其他有關系數,可計算聯軸器的計算轉矩 Tc 。聯軸器 T 與 n 成反比,因此低速端 T 大于高速端 T 。

(四)初選聯軸器型號

根據計算轉矩 Tc ,從標準系列中可選定相近似的公稱轉矩 Tn ,選型時應滿足 Tn ≥ Tc 。

初步選定聯軸器型號(規格),從標準中可查得聯軸器的許用轉速 [n] 和最大徑向尺寸 D 、軸向尺寸 Lo ,應滿足聯軸器轉速 n ≤ [n] 。

(五)根據軸徑調整型號

初步選定的聯軸器聯接尺寸,即軸孔直徑 d 和軸孔長度 L ,應符合主、從動端軸徑的要求,否則還要根據軸徑 d 調整聯軸器的規格。主、從動端軸徑不相同是普遍現象,當轉矩、轉速相同,主、從動端軸徑不相同時,應按大軸徑選擇聯軸器型號。

新設計的傳動系統中,應選擇符合 GB/T 3852 中規定的七種軸孔型式,推薦采用 J 1 型軸孔型式,以提高通用性和互換性,軸孔長度按聯軸器產品標準的規定。

(六)選擇聯接型式

聯軸器聯接型式的選擇,取決于主、從動端與軸的聯接型式,一般多采用鍵聯接,為統一鍵聯接型式及代號,在 GB/T 3852 中規定了七種鍵槽型式,四種無鍵聯接,用得較多的是 A 型鍵(平鍵單鍵槽)。

(七)定聯軸器品種、型式、規格(型號)

根據動力機和聯軸器載荷類別、轉速、工作環境等綜合因素,選定聯軸器品種,根據聯軸器的配套、聯接情況等因素選定聯軸器型式;根據公稱轉矩、軸孔直徑與軸孔長度作校核驗算,以最后確定聯軸器的型號。

在軸系傳動中一般均存在不同程度兩軸線相對偏移,應選用撓性聯軸器;當軸系傳動中工作載荷產生沖擊、振動時,則應選用彈性聯軸器,從減振、緩沖效果和經濟性考慮,宜選用非金屬彈性元件彈性聯軸器。

我國普遍存在聯軸器選用不當的現象,例如在冶金機械和重型機械的軸系傳動中廣泛選用齒式聯軸器。在冶金機械和重型機械低速重載軸系傳動中沖擊、振動和兩軸偏移是相當突出的不利因素,只有選用減振、緩沖效果好的彈性聯軸器才能改善傳動系統工作狀態,而齒式聯軸器無論是鼓形齒和直齒均為剛性可移式聯軸器。根據不具備減振、緩沖功能,而且還存在要潤滑密封,需定期維修,制造工藝復雜,成本高等一系列缺點,鼓型齒式聯軸器理應所有齒都嚙合(點接觸),由于制造誤差的存在,全部齒都嚙合是不可能的,承載能力大是理論值。過去聯軸器品種少,選擇的余地小,如今有很多彈性聯軸器問世,其中扇形塊彈性聯軸器和彈性活銷聯軸器是代替齒式聯軸器的合理選擇之一。
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