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液壓安全聯(lián)軸器工程設(shè)計(jì)應(yīng)用

文檔作者：張德智文檔來源： 1.合肥工業(yè)大學(xué) 2安徽泰爾重工股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月20日
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制造業(yè)信息化
仿/建/CAD/CAM/CAE/CAPP CIAN
液壓安全聯(lián)軸器工程設(shè)計(jì)應(yīng)用
張德智
(1.合肥工業(yè)大學(xué),合肥2300092安徽泰爾重工股份有限公司,安徽馬鞍山243000
摘要:系統(tǒng)闡述了液壓安全聯(lián)軸器的主要工作原理,結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)和制造使用方面應(yīng)注意的問題,并給出了工程設(shè)計(jì)
方面的原理和主要計(jì)算方法。
關(guān)鍵詞:液壓安全聯(lián)軸器;工程;應(yīng)用
中圖分類號:TH133
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1002-2333(2012)08-0027-03
 Engineering Design and Application of Hydraulic Safety Coupling
 ZHANG De-zhi
 (1L.Hefei Umiversity of Te
243000,China)
 Abstract: The structure features, operational p
 ng or using problems of
 hydraulic safety Coupling are expounded. Meanwhile the design theory and some calculating methods are described.
 Key words: hydraulic safety coupling: engineering: application.
1引言
到預(yù)設(shè)定的壓力值,油腔在油的高壓作用下徑向膨脹,
傳動機(jī)械過載保護(hù)的聯(lián)軸器普遍采用剪切銷式、鋼從而使得內(nèi)套與法蘭軸的軸面抱緊,抱緊摩擦力形成法
球式或者摩擦片式安全聯(lián)軸器,這種機(jī)械式安全聯(lián)軸器蘭軸與法蘭套之間的傳遞扭矩,當(dāng)外界實(shí)際負(fù)荷小于這
結(jié)構(gòu)簡單,但由于材料、制造誤差及材料疲勞的影響,工個(gè)油壓設(shè)定的扭矩時(shí),法蘭軸與法蘭套之間無相對滑動
作的準(zhǔn)確度不高。由歐洲研制成功的一種新型安全聯(lián)軸而正常傳遞扭矩;當(dāng)外界實(shí)際負(fù)荷超出油壓設(shè)定的扭矩
器液壓安全聯(lián)軸器以其簡單新穎的結(jié)構(gòu)和動作準(zhǔn)確時(shí),法蘭軸與法蘭套之間的摩擦力不足以傳遞外界負(fù)荷
度高的優(yōu)點(diǎn)正被越來越多的用戶所接受,國內(nèi)許多廠家扭矩,二者抱緊面發(fā)生相對滑動,法蘭軸上的剪切環(huán)將
及科研院所也相繼研制開發(fā)了這種安全聯(lián)軸器。隨著設(shè)法蘭套上的剪切管切斷,使油腔內(nèi)的高壓油瞬間噴泄
計(jì)的不斷改進(jìn)及制造工藝的不斷探索,國產(chǎn)液壓安全聯(lián)出,內(nèi)套隨之徑向收縮恢復(fù)原形,法蘭軸與法蘭套分開,
軸器性能不斷提高,并出臺了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。本文對液傳遞扭矩在幾十毫秒內(nèi)降為零,法蘭軸與法蘭套在減摩
壓安全聯(lián)軸器的工作原理、工程力學(xué)設(shè)計(jì)原理分別進(jìn)行軸承支承下空轉(zhuǎn),不傳遞扭矩,從而對設(shè)備起到保護(hù)作
闡述,并分析其主要優(yōu)點(diǎn),對其制造及使用方面應(yīng)注意的用。重新裝好剪切管,注入壓力油,液壓安全聯(lián)軸器又可
問題提出一些看法和建議。
以繼續(xù)工作。
2液壓安全聯(lián)軸器工作原理
3力學(xué)理論計(jì)算及數(shù)值分析
液壓安全聯(lián)3.1內(nèi)套變形理論計(jì)算
軸器結(jié)構(gòu)有很多內(nèi)套在抱緊法蘭軸的軸面之前要經(jīng)歷一個(gè)微小的變
種,核心部件為外形以消除內(nèi)套和法蘭軸的軸面之間的間隙,利用力學(xué)理
套和內(nèi)套焊接形論可建立精確的理論公式來計(jì)算內(nèi)套達(dá)到這個(gè)變形所需
成的高壓油腔體要的油壓P。
(圖1法蘭套),部內(nèi)套按其形狀尺寸特點(diǎn)屬于殼體,工程計(jì)算中認(rèn)為
分結(jié)構(gòu)有中間套,圓柱體的壁厚與內(nèi)徑之比小于1/20就屬于薄殼。實(shí)際設(shè)
本文以最簡單的計(jì)中液壓安全聯(lián)軸器的內(nèi)套都屬于薄殼件。以柱面為中
結(jié)構(gòu)介紹(即不含面的薄殼稱為柱形薄殼,簡稱柱殼,其特點(diǎn)是在縱向(柱
中間套)。
面的母線方向)沒有曲率。內(nèi)套就是柱殼。
其設(shè)計(jì)工作因此對于內(nèi)套可根據(jù)薄殼理論中的無矩理論及有矩
原理是:法蘭套由理論分別計(jì)算,再予以疊加得到最終理論結(jié)果,筆者省去
內(nèi)套與外套焊接中間推導(dǎo)過程直接給出內(nèi)套的徑向位移w公式為:
而成,用打壓泵將
圖1液壓安全聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖專用液壓油通過
 _R2P[2 coshnsinn-sinhncos7 sinh(ka)sin( ka)+
 sinh()+sin(2n)
1剪切環(huán)2.剪切管3外套4油腔注油口注入法蘭
5.法蘭軸6法蘭套7內(nèi)套8注油口套的油腔中,并達(dá)
 coshmsinn+ cosh(ka )cos(ka)-1](1)
 sinh(2n)+sin(2n
機(jī)械工程師2012年第8期127
制造業(yè)信息化
仿真/建/CAD/CAM/CAE/CAPP
3-)
式中,k=R2,n=k,R為內(nèi)套中面半徑;P為油
壓;t為內(nèi)套厚度;L為油腔長度;a為坐標(biāo)(從-L2到L/2)
3.2扭矩和油壓的關(guān)系
液壓安全聯(lián)軸器的一個(gè)重要特點(diǎn)是能傳遞與油腔壓
力成正比的扭矩。當(dāng)間隙消除后,油腔壓力P與傳遞的扭
矩T的關(guān)系為:T=(p-p)f2
(2)
式中:T-傳遞的扭矩;P-油壓;P-消除間隙需要的壓力
(可由式(1)算出);d-抱緊面軸的直徑;L-抱緊面長度(油
腔長度)
式(2)是個(gè)理想化的傳統(tǒng)公式,實(shí)際上,抱緊面上正
壓力是不均勻的,抱緊面長度通常也不等于油腔長度,而
圖3變形分析圖
是隨著油壓變化的,因此式(2)只能用于工程上的粗略計(jì)
算,準(zhǔn)確的油壓和傳遞扭矩關(guān)系要通過數(shù)值分析和現(xiàn)場
試驗(yàn)來最終確定。筆者借助有限元方法在文章后面給出
了這個(gè)公式的一個(gè)修正公式。
3.3數(shù)值分析
式(1)在工程計(jì)算中會經(jīng)常用到,應(yīng)該借助數(shù)學(xué)軟件
來計(jì)算,筆者利用數(shù)學(xué)軟件 MATLAB進(jìn)行二次開發(fā)計(jì)
算。軟件界面如圖2所示。
圖4內(nèi)套徑向變形圖
行了改進(jìn),并提出一個(gè)修正公式如下:
 T'=()-I()-fa
2
(3)
式中,p(i)-第i個(gè)接觸單元接觸壓力;1(i)-第i個(gè)接觸單
元長度;n-接觸單元數(shù)量;其余同式(2)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式(3)算出的傳遞扭矩值要比式(2)算出的
值低一些,也更接近試驗(yàn)值。
4液壓安全聯(lián)軸器優(yōu)點(diǎn)
圖2 MATLAB理論計(jì)算圖
(1)通過油壓產(chǎn)生抱緊摩擦力產(chǎn)生限定扭矩,當(dāng)外界
在軟件中輸入?yún)?shù)如下:t=8.14mm,R=(299.12+.14)2=負(fù)荷扭矩超過預(yù)先設(shè)定的限定值就照開,不會發(fā)生
153.63mm,p=50MPa=50/mm2,E=06000N/mm,=0.3,金屬疲勞(如剪切銷安全聯(lián)軸器中剪切元件的疲勞)因
 L=164mm
而設(shè)定的限定扭矩一直是恒定的并且是精確的
得到結(jié)果w的最大值發(fā)生在柱殼的中點(diǎn),即
(2)尺寸小,結(jié)構(gòu)簡單,重量較輕,轉(zhuǎn)動慣量小,節(jié)省
w=(0)=-0.763mm
安裝空間。
同時(shí)可以看出軟件還十分形象地生成了整個(gè)內(nèi)套的(3)除了剪切管、高壓密封件外不再有消耗性元件,
變形曲線圖。
而且除過載打滑更換剪切管外不需其它任何維護(hù)保養(yǎng),
為驗(yàn)證理論計(jì)算的正確性,同時(shí)進(jìn)行了有限元分析因此維護(hù)成本低
有限元求解得到最大變形在中點(diǎn)處,變形值為:
(4)可在線操作,使用專業(yè)工具,更換剪切管重新加
0.748mm,與理論計(jì)算結(jié)果相比較:(0.763-0.78)0.763=注好壓力油只需幾分鐘,過載后可以快速恢復(fù),大大降低
1.97%,誤差不到2%,兩種計(jì)算方法結(jié)果互相驗(yàn)證,說明停機(jī)時(shí)間。
結(jié)果是比較可信的。
(5)限定扭矩調(diào)節(jié)方便,通過改變打壓泵壓力重新打
采用理論計(jì)算較難得出液壓安全聯(lián)軸器的屈服應(yīng)力壓即可改變所需的極限傳遞扭矩,無需更換任何元件。
值,有限元計(jì)算卻可以很方便地得出材料的應(yīng)力值,從而5液壓安全聯(lián)軸器在制造使用中應(yīng)注意的問題
為內(nèi)套外套的材料選擇提供了依據(jù)。同時(shí)在有限元計(jì)算5.1制造過程中要重點(diǎn)保證的質(zhì)量
中還得到了抱緊面的接觸應(yīng)力值,通過APDL相關(guān)命令(1)高壓油腔的焊接質(zhì)量(要做好焊接工藝評定)保
提取了抱緊面上每個(gè)單元的接觸壓力值,從而對式2)進(jìn)證焊縫在高壓作用下不開焊。(2)要保證剪斷管、注油螺
28機(jī)械工程師2012年第8期
制造業(yè)信息化
數(shù)控故障檢測與排除訓(xùn)練中電磁制動器故障的設(shè)置
姚偉江,鄺禹聰
(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,廣州510800)
摘要:文中通過修改數(shù)控系統(tǒng)PLC程序,增加對電磁制動器的監(jiān)控來完善數(shù)控設(shè)備故障檢測與排除的教學(xué)功能,防
止操作人員因操作不當(dāng)造成伺服電機(jī)損壞,保護(hù)了操作人員和設(shè)備的安全。
關(guān)鍵詞:PLC:數(shù)控故障檢測與排除設(shè)備:數(shù)控系統(tǒng)電磁制動器
中圖分類號:TG659
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1002-2333(2012)08-0029-02
 Setting Methods Improvement of the Electromagnetic Brake Fault in NC Faults
 and Erase Malfunction Device
 (Department of Mechanical and Ele
 YAO Wei-jiang, KUANG Yu-cong
 ath
 College of South C
 logy.
 Guangzhou 510800, China)
 Abstract: PLC program in NC system is modified and th
 electromagnetic brakes are reinforced for setting
 the NC faults and erase malfunction. Such an improvement
 fety and devices maintenance.
 Key words: PLC; NC faults and erase malfunction: NC system; electn
 netie brake
1引言
為了避免類似情形出現(xiàn),同時(shí)又保證學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中
數(shù)控故障檢測與排除設(shè)備是訓(xùn)練學(xué)生檢測數(shù)控設(shè)備能清楚地知道出現(xiàn)電磁制動器故障時(shí)的現(xiàn)象,本文通過
上的故障并且進(jìn)行排除的專用教學(xué)設(shè)備,故障的檢測與修改數(shù)控系統(tǒng)的PLC程序來完善這一故障現(xiàn)象。經(jīng)過修
排除是我校強(qiáng)化訓(xùn)練中的部分內(nèi)容。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操改PLC程序后能實(shí)現(xiàn)的功能是:
作數(shù)控故障檢測與排除設(shè)備時(shí),其中會特意設(shè)置電磁制(1)出現(xiàn)電磁制動器故障時(shí),當(dāng)操作Z軸運(yùn)動時(shí),Z軸
動器的故障,產(chǎn)生該故障時(shí),電磁制動器生效,軸被制能運(yùn)動一小段時(shí)間T(可以通過定時(shí)器參數(shù)設(shè)定T)然后
動。但在學(xué)生進(jìn)行故障檢測時(shí),有可能因錯(cuò)判造成多次操停止運(yùn)動,避免因在制動情況下運(yùn)動過長造成電機(jī)過熱損
作Z軸運(yùn)動,使Z軸在制動情況下因不能正常運(yùn)動而造壞,在時(shí)間里面能發(fā)現(xiàn)軸運(yùn)動的異常聲音。
成電機(jī)過熱損壞。
(2)只要在設(shè)置電磁制動器故障情況下操作Z軸運(yùn)
塞、內(nèi)孔螺紋的加工精度及硬度;要選好高壓密封件;壓收縮之間轉(zhuǎn)換,焊縫處容易因疲勞引起開焊現(xiàn)象。外界
(3)注意摩擦面的特殊處理及形位公差,間隙控制。
負(fù)荷超出限定值使液壓安全聯(lián)軸器每一次動作都會造成
5.2使用過程中要注意的問題
摩擦面的激烈摩擦,從而形成磨損,多次動作會使摩擦面
(1)環(huán)境溫度和油品
的磨損增加,從而造成間隙增大,使得液壓安全聯(lián)軸器原
環(huán)境溫度的劇烈變化會影響液壓安全聯(lián)軸器的正常來的打壓圖表曲線特性發(fā)生變化。要想保持原來的限定
使用,當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),由于熱脹冷縮的作用,安全聯(lián)切斷扭矩,必須把原定的打壓值適當(dāng)提高。這里要注意的
軸器內(nèi)的高壓油的體積及壓力會發(fā)生變化從而使得扭矩是:雖然摩擦面是經(jīng)過表面處理的,但在使用過程中還是
限定值在原設(shè)定值上下做微小波動。據(jù)有關(guān)材料記載,當(dāng)要避免多次長時(shí)間打滑。
環(huán)境溫度低于0℃以下時(shí),影響較大。因此在使用液壓安
參考文獻(xiàn)]
全聯(lián)軸器時(shí)首先要注意選擇廠家推薦的對溫度敏感性低王小慶等液壓安全聯(lián)軸器及其在鋼設(shè)備中的應(yīng)用寬厚
的專用液壓油,不能隨意更換。其次,實(shí)際使用時(shí)要注意
板,2004,10(1):29-31
根據(jù)不同的環(huán)境溫度,選擇溫度對應(yīng)的打壓圖表曲線,這2]蘭俊液壓安全聯(lián)軸器在主軋機(jī)上的應(yīng)用實(shí)踐[金設(shè)備,
樣打壓才會得到想要的扭矩限定值。高壓油腔內(nèi)的油品
2002(4):25-27
物理化學(xué)性質(zhì)的好壞對液壓安全聯(lián)軸器的使用效果影響
3]丁寧格爾F圓柱形薄殼精確理論[M)北京:建筑工業(yè)出版社,
1959
較大,溫度特性只是其中一個(gè)方面,油品的選用很關(guān)鍵。
(編輯黃)
(2)不宜頻繁重新打壓
作者簡介:張德智(1976-),男,工程師,在職碩士研究生,安徽泰爾重
每一次打壓都涉及到剪斷管及密封元件的安裝更換
工股份
有限公
司研發(fā)部部長,主要研究方向?yàn)橐苯鹦袠I(yè)聯(lián)
等,若密封元件沒有安裝正確,會嚴(yán)重降低密封效果,此
軸器類產(chǎn)品。
時(shí)越是頻繁打壓越出問題,法蘭套頻繁在高壓膨脹和卸收稿日期:2012-04-05
機(jī)械工程師2012年第8期29

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