新型內錐套聯軸器的設計與研究

□ 張乘風 □ 蓋明明 □ 張 欣 □ 毛玉鵬 □ 楊 文

1.陜煤集團 澄合礦業有限公司 陜西渭南 710089

2.西安斯克達機械制造有限公司 西安 710005

聯軸器是用來連接不同機構中的兩根軸使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件［1］。聯軸器與軸的裝配大多是通過有鍵連接，其配合方式根據不同場合有間隙配合、過渡配合和過盈配合三種［2］。對于小型設備上的聯軸器，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。對于中型或大型設備上使用的聯軸器，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，由于裝配方法不當或裝配不到位，需要反復拆卸重裝，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軸器造成損傷，甚至致使軸或聯軸器直接報廢。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，本文設計了一種新型內錐套聯軸器，這種新型聯軸器不僅提高了聯軸器的裝拆效率，降低了裝拆難度，而且有效防止了軸與聯軸器因裝拆造成的損傷，同時這種聯軸器可以代替大多數傳統類型的聯軸器，適用面廣，具有較大的應用價值，圖1所示為新型內錐套聯軸器的實物圖。

▲圖1 新型內錐套聯軸器實物圖

1 技術分析

1.1 結構分析

本文研究的新型內錐套聯軸器，特點是在傳統聯軸器的基礎上增加了一個內錐套和相關附件，這種聯軸器可以代替大多數傳統聯軸器，以下以梅花形彈性聯軸器為例進行分析說明。

圖2所示為新型內錐套聯軸器結構示意圖，該聯軸器主要由內錐套、內螺紋圓柱銷、拉緊螺釘、卡簧、調整墊片、半聯軸器主動盤、半聯軸器從動盤、梅花形彈性元件等組成。其中內錐套、內螺紋圓柱銷、拉緊螺釘、卡簧、調整墊片為新型內錐套聯軸器的關鍵部件；半聯軸器主動盤、半聯軸器從動盤和梅花形彈性元件等為傳統聯軸器的結構部件。

▲圖2 新型內錐套聯軸器結構圖

內錐套是新型聯軸器能夠快速裝配和拆卸的關鍵部件，也是連接傳動軸與聯軸器的中間部件，起到扭矩傳遞的作用。新型聯軸器能否可靠工作，內錐套的結構設計和工藝起到至關重要的作用。由于內錐套的結構造成其發生應力集中的部位較多，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生結構破壞；內錐套內孔與軸若為過盈配合，則過盈量可以根據需要進行控制（可以通過調節拉緊螺釘的拉緊力來輔助控制），而不需要考慮因無法裝配或拆卸而降低過盈量；內錐套外錐面與半聯軸器主/從動盤內孔配合為間隙配合（實際工作時，內錐套外壁面在拉緊螺釘的作用下與半聯軸器主/從動盤為過盈配合），以保證內錐套與半聯軸器主/從動盤能夠容易分離。

1.2 扭矩傳遞過程分析

對于大多數傳統類型的聯軸器，其扭矩的傳遞過程是：主動軸的旋轉扭矩通過軸上的鍵直接傳遞到半聯軸器的主動盤上，再通過半聯軸器的主動盤傳遞到半聯軸器的從動盤上，同樣再通過從動軸上的鍵將半聯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錐套聯軸器，其扭矩的傳遞過程是：主動軸的旋轉扭矩通過軸上的鍵直接傳遞到內錐套上，內錐套上的扭矩又通過圓柱銷傳遞到半聯軸器的主動盤上，再通過半聯軸器的主動盤傳遞到半聯軸器的從動盤上，同樣再通過圓柱銷將半聯軸器從動盤上的扭矩傳遞到內錐套上，內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，相比傳統類型的聯軸器，本文研究的新型聯軸器，其在扭矩傳遞過程中增加了一個內錐套的傳遞過程，這個內錐套雖然使扭矩傳遞過程變得復雜，但是由于內錐套外錐面與半聯軸器主/從動盤為過盈配合，并且扭矩是通過騎縫銷進行傳遞的，因此這個過程并不會影響聯軸器的使用。

2 關鍵部件設計

2.1 內錐套設計

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

2.2 半聯軸器主/從動盤設計

▲圖4 半聯軸器主/從動盤結構圖

▲圖3 內錐套結構圖

新型內錐套聯軸器的半聯軸器主/從動盤與傳統類型聯軸器的結構形式基本上一樣，只是將傳統類型聯軸器的聯軸器盤內孔改為與內錐套配合的錐孔，并與內錐套配作銷孔，同時開有安裝卡簧的環形槽，如圖4所示。半聯軸器主/從動盤的作用與傳統類型聯軸器的作用一樣，最終也是將主動軸的扭矩傳遞到半聯軸器主/從動盤上，再從半聯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，半聯軸器主動盤和半聯軸器從動盤結構基本相同，其安裝及拆卸方法也基本相同，因此僅介紹半聯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，將內錐套撐開，然后將內錐套推入到主動軸上的合適位置，再將頂絲螺釘擰出。當內錐套安裝好后，將半聯軸器主動盤裝到內錐套上，確定好位置后，打入內螺紋圓柱銷進行定位，同時根據需要選擇合適的調整墊片并用力矩扳手擰緊拉緊螺釘，最后再將卡簧裝入到半聯軸器主動盤中的環形槽中，以保證拉緊螺釘和圓柱銷不發生松動和軸向竄動，由此完成了聯軸器的安裝。

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

該新型聯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、運輸機械等行業中具有較大的應用價值和推廣價值。

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

［2］ 濮良貴.機械設計［M］.北京：高等教育出版社，2007.

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

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