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液壓安全聯(lián)軸器的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文檔作者：程寧峰文檔來(lái)源：安徽省馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月21日
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A—caclem ic
學(xué)術(shù)
液壓安全聯(lián)軸器的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用
安徽省馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院一程寧峰
摘要：
在對(duì)液壓安全聯(lián)軸器工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為內(nèi)套圈其工作過(guò)程
中發(fā)揮著重要的作用。以某型液壓安全聯(lián)軸器為例，對(duì)內(nèi)套圈在不同工況下的的變
形情況進(jìn)行了分析計(jì)算，得到了對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)公式，為液壓安全聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化
提供了—個(gè)有效途徑．同時(shí)，探討了其加工制造以及使用過(guò)程中需要注意的相關(guān)問(wèn)
題，對(duì)提高液壓安全聯(lián)軸器的工作性能有一定的促進(jìn)作用。
1．液壓安全聯(lián)軸器及其內(nèi)套
液壓安全聯(lián)軸器作為一種新穎的安全保護(hù)
型聯(lián)軸器，其能夠?qū)崿F(xiàn)同軸線上主動(dòng)軸、從動(dòng)
軸的同時(shí)回轉(zhuǎn)與運(yùn)動(dòng)， 同時(shí)可以傳遞轉(zhuǎn)矩。其
基本的結(jié)構(gòu)主要包括剪切環(huán)、油腔、輪轂、傳
動(dòng)軸、注油口、安全管、聯(lián)接套外套等幾個(gè)部
分構(gòu)成。
聯(lián)軸器的法蘭套包括內(nèi)套、外套兩個(gè)部分，
兩者相互焊接構(gòu)成，采用打壓泵將專聯(lián)軸器液
壓油經(jīng)注油口注入到內(nèi)外套形成的油腔中，并
使得其達(dá)到預(yù)定的壓力值。這時(shí)，油在高壓作
用下降向下徑膨脹，使得內(nèi)套圈與法蘭軸軸面
抱緊，利用摩擦力來(lái)傳遞法蘭軸與套圈之間的
扭矩。一旦外載荷小于該設(shè)定油壓，兩者之間
將不存在滑動(dòng) ，能夠正常傳遞扭矩。而當(dāng)外
載荷超出設(shè)定的油壓之后， 兩者將出現(xiàn)相對(duì)滑
動(dòng)，從而不足以傳遞扭矩，這時(shí)法蘭軸上的剪
切環(huán)將切斷剪切管，使得腔內(nèi)液壓油噴出， 內(nèi)
套圈徑向尺寸復(fù)原，使得法蘭軸與法蘭套相分
離，扭矩將會(huì)在數(shù)十illm$內(nèi)迅速下降，從而達(dá)
到保護(hù)設(shè)備的目的。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中內(nèi)套是整個(gè)液壓安全
聯(lián)軸器工作的重要承載零件，其強(qiáng)度及變形情
況直接影響到設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的安全過(guò)載能力
以及使用性能。因此， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中注重對(duì)內(nèi)
套的變形計(jì)算分析具有十分重要的作用。
2．液壓安全聯(lián)軸器內(nèi)套變形計(jì)算及設(shè)計(jì)
2．1． 設(shè)計(jì)案例
已知某型液壓安全聯(lián)軸器的內(nèi)套設(shè)計(jì)厚度
為t=8．14ram，曲面半徑R=153．63ram，內(nèi)套整
體長(zhǎng)度為z=162mm，其工作載荷q=50N／咖 ，
材料彈性模量E=2．06e5m／mm2，泊松比=0．3。
2．2．變形計(jì)算
設(shè)計(jì)分析過(guò)程中， 以疊加原理為根據(jù)， 結(jié)
合實(shí)際工況，將內(nèi)套圈的變形分解為“無(wú)矩計(jì)
算”、“有矩彎曲”兩種基本情況。其中，所
謂的“無(wú)矩計(jì)算”就是在分析過(guò)程中只考慮其
外載荷q對(duì)內(nèi)套圈的作用，如圖1所示；而“有
矩彎曲”則是考慮兩端傳遞給內(nèi)套圈的彎矩M。
與剪力Q。，沒(méi)有考慮外載荷q的作用，如圖2
所示。
I8 Machine China中國(guó)機(jī)械
圖1無(wú)矩計(jì)算力學(xué)模型
圖2有矩彎曲力學(xué)模型
在實(shí)際的設(shè)計(jì)分析過(guò)程中， 尤其是在有限
元分析時(shí)，可以根據(jù)具體的工作情況設(shè)置不
同的邊界條件，從而反推得到“有矩彎曲”分
析計(jì)算過(guò)程中內(nèi)套圈兩端的彎矩M。以及剪切力
Q。。之后計(jì)算得到內(nèi)套圈兩端承載的彎矩 和
剪力Q，這樣就可以得到“有矩彎曲”的解，最
后根據(jù)疊加原理，得到內(nèi)套圈的基本變形。
基于“無(wú)矩計(jì)算”模型進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，
由于只考慮了外載荷的壓力作用，根據(jù)平衡方
程以及彈性力學(xué)方程，可知：
w一—囂(1)
根據(jù)內(nèi)套圈的位移微分方程， 求得其最大
位移變形解為：
州∞=e (?！辳h+ 咖k)十e (c ∞§ 十q sin )十，( )(2)
再綜合式(1)，得到其最大位移變形解為：
q 婦 讞 (3)
c，蛐kasi~ +q h 婦h 一=
若在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中將參數(shù)坐標(biāo)設(shè)置在內(nèi)
套圈的中央橫截面上，那么可以利用坐標(biāo)的對(duì)
稱性，使得C。=c。=O，這樣就將公式(3)進(jìn)行了
簡(jiǎn)化，得到：
w=C,si~kasinka+C4~Dhk#sln 一 (4)
根據(jù)內(nèi)套圈安裝過(guò)程中固定形式的不同，
可以將之分為兩段都固定、兩段簡(jiǎn)支、一端固
定而另一端自由三種工況形式。
之后，需要在有限元仿真軟件下設(shè)置不同
的邊界條件，用以模擬三種不同的約束情況，
對(duì)不同尺寸的內(nèi)套圈進(jìn)行尺寸進(jìn)行優(yōu)化，得到
各種工況下最優(yōu)的內(nèi)套圈尺寸。
3．液壓安全聯(lián)軸器在制造及使用中應(yīng)注意
的其他問(wèn)題
3．1．加工制造過(guò)程中應(yīng)該注意的相關(guān)問(wèn)題
在加工制造過(guò)程中， 首先要保證高壓油腔
的焊接性能， 即要求提高內(nèi)、外套圈的焊接質(zhì)
量，通過(guò)提高焊接工藝的方式保證焊縫在高壓
油的作用下不會(huì)出現(xiàn)開焊的問(wèn)題。同時(shí)，在加
工注油螺塞。剪斷管、內(nèi)孔螺紋等零部件時(shí)，
要確保加工精度以及硬度。再次，要選擇好高
壓密封件，提高密封設(shè)備的密封性能：最后，
在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中要注意對(duì)摩擦面進(jìn)行特殊處
理，同時(shí)通過(guò)控制行為公差來(lái)對(duì)間隙進(jìn)行控制，
提高聯(lián)軸器的整體使用性能。
3．2．使用過(guò)程中需要注意的相關(guān)問(wèn)題
3．2．1．環(huán)境溫度的控制
環(huán)境溫度變化劇烈將會(huì)直接影響到液壓安全
聯(lián)軸器的正常使用，一旦環(huán)境溫度發(fā)生變化，在熱
脹冷縮的作用之下，聯(lián)軸器油腔內(nèi)的高壓油會(huì)發(fā)生
體積變化，從而使得扭矩限定值在設(shè)定值范圍內(nèi)發(fā)
生一定的變化，影響到其使用性能。因此，在實(shí)際
的使用過(guò)程中需要根據(jù)不同的溫度選擇合適的打壓
曲線，保證設(shè)定壓力值在允許的范圍內(nèi)變動(dòng)。
3．2．2．打壓不宜過(guò)頻繁
由于每次對(duì)聯(lián)軸器的打壓都涉及到密封件、
剪斷管等零部件的安裝，一旦安裝不精確，將
會(huì)影響到聯(lián)軸器的工作性能。因此，隨著打壓
概率的增加出現(xiàn)問(wèn)題的概率也會(huì)增加。另外，
當(dāng)法蘭套在高壓膨脹和卸壓收縮之間頻繁轉(zhuǎn)換
時(shí)，同樣會(huì)造成焊縫的疲勞，最終導(dǎo)致開焊現(xiàn)
象的發(fā)生。因此，使用過(guò)程中不宜頻繁打壓，
而且在重復(fù)打壓時(shí)要將打壓值適當(dāng)提高。
參考文獻(xiàn)：
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