空心轴液压联轴器内套设计参数的计算分析.pdf

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空心轴液压联轴器内套设计参数的计算分析
口崔建波□周一届
江南大学机械工程学院无锡214122
摘要:研究了空心轴液压联轴器内套内侧压カ沿轴向的变化規律以及压カ与对应径向变形位移的比値沿轴向的
变化规律,为设计空心轴液压联轴器内套壁厚提了理论依据。
关键词:空心轴液压联轴器内套壁厚设计参数计算分析
中图分类号:TH13
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2008)07-0021-03
传统大型联轴器主要靠键联接来传递扭矩,轴上カ作用下紧抱在内套上,内套紧压在两轴的表面上,使
的键槽会严重削弱轴的强度、刚度及承载能力。联轴器内外套之间以及内套与轴之间产生很大的摩擦力,液
的安装与拆卸也比较困难。小型联轴器,靠敲打或推压联轴器就是利用此摩擦力来传递扭矩的,所以液压
压等方式可以将联轴器与轴装配起来,但往往会使联联轴器属于无键联接。
轴器套筒内壁和轴的表面拉毛。大型联轴器一般采用
熬套或温差法进行装配,因此其维修拆卸更困难,强行2设计空心轴液压联轴器时遇到的问题
拆卸常使联轴器和轴损坏,而且要花费很长时间,严重
目前液压联轴器连接的一般都是实心轴,当要求
影响设备的正常运行,并带来重大经济损失。
传递很大的转矩时,轴的直径就会设计得很大,这样当
液压联轴器的应用很好地解决了上述问题,其成然可以满足转矩的要求,由下式:
功研制和应用是对传统联轴器工艺的一次重大变革。
m=PTアl
液压联轴器原理简介
式中:m为质量;p为密度;r为半径;l为长度。
可知,轴的质量与半径的平方成正比,随着半径的
液压联轴器(见图1所示)主要由内套和外套等零增大,轴的质量呈平方增大,传动机构惯性也迅速增
部件组成。内套的内表面与轴的外表面之间有一定的大,一方面直接影响了传动机构的动态灵敏性,限制了
间隙,其配合间隙一般为0.08-0、10mm,这个间隙整个系统的动态灵敏性;另一方面,大惯性的传动机构
能保证在自然状态下内套与轴能轻松地装配和拆卸2。造成功率的严重浪费。再者,大尺寸实心轴内部靠近轴
内套外表面呈圆锥面,锥度很小(1:80~1:100)3),外线的材料几乎不受力,这部分材料纯属浪费い。
套的内表面也星圆锥面,并且具有与内套外表面相同
采用空心的传动轴能很好地解决以上问题,有效
的锥度。外套的内锥面上开有螺旋形环槽,并由右侧螺地减少自身的质量,减小传动机构的惯性,节省材料
孔与外部相连。当外套紧套在内套的外表面时,自右侧·同时并不降低轴的传动性能。但空心轴的刚度明显不
螺孔向环槽内泵人高压油,在内外套配合锥面之间形如实心轴,装配联轴器后其径向变形量明显大于实心
成高压油膜(形成径向油压)。高压油的压力在将内套轴,且沿轴线方向分布不均匀,致使联轴器内套的径向
紧压在轴表面上的同时,又作用在外套的内壁,使外套受力沿轴线方向分布不均匀,此时即使对于相同内、外
径向扩张。此时,利用低压油泵向背压油腔(即左侧螺径的空心轴这两个参数也是两个变量,也不能再根据
孔)内泵入低压油形
这两个参数来确定联轴器内、外套的壁厚
成轴向油压,将外套
活塞密封
压环环螺孔外套内套
通过研究联轴器内套内側压力p沿轴向的变化规
推向内套外径较大的
?1-180
律P=(x),及压力与对应径向变形位移的比值p/d
一端。径向油压越大,
沿轴向的变化规律p/d=(x),可进一步改变液压联
外套径向变形越大,
轴器的内、外套壁厚阿,确保空心轴在径向上均匀变形。
其轴向移动也越大
等外套完全到位后
3空心轴液压联轴器内套设计参数的计算分析
将径向、轴向油压依
由于联轴器内套内侧压力与空心轴外側压力大小
次释放,油膜压力消
相同,上述研究内容等同于空心轴外侧压力p沿轴向
▲图1液压联轴器工作原理
失,外套在弹性恢复
的变化规律p=(x),以及压力与对应径向变形位移
收稿日期:2008年3月
的比值p/d沿轴向的変化规律P/d=(x)。
式机械制造4卷第S7期
2008/7
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置量
3.1建立模型
所以本文主要研究当x>700时,压力p的变化规
用P:o/E建立空心轴用液压联轴器实体模型?,为律,并期望得到压力p关于x的方程p=f(x)
方便研究只取一根轴,实体图和受力模型见图2所示。空
经过对图5、图7的观察以及上述分析发现,压力回
心轴内、外径之比d。/d=0.3,内套外表面锥度为1:80,归曲线明显星现出高斯曲线(S型曲线)的特征。下面
具体尺寸见图3所示。空心轴及内套的材料见表1所示。就建立高斯曲线的数学模型,通过SAS软件来分析压
表1空心轴及内套材料参数
力曲线的回归方程。高斯曲线的数学模型如下:
材料种类
y
=a-b ekw
材料密度/(g?m-)」7.82x10「杨氏模量/CPa19098
从图5中取两组特殊值:第一组来自原点,当x=0
抗拉强度/MP
600
泊松比
0.2
时,p接近1,为便于计算取p=0,这样也更接近实际
屈服强/MPa
剪切模量/GPa78.7197
情况,所以第一组特殊值为(0,0);第二组来自当x>ン
由于内、外套配合锥面的锥度很小,装配后内套所900时曲线的水平渐近线,当x趋近于无穷大时,P的
受轴向力极小,分析时可认为内套主要受径向力,轴向值取当970≤x≤1200时表2中对应10个p值的代数平
力忽略不计。在 Mechanica环境下用如图2所示的均布均值,计算可得第二组特殊值为(+,44.06007194)。
压力(p=40MPa)代替来自外套的径向压力,空心轴和
将以上两组数据代人式(1),可得
内套受力及变形见图4所示
4.06007194,即式(1)为:
空心轴外侧所受压力见图5所示,空心轴外表面径
y=44.06007194?(1-e-)
2
向变形位移见图6所示。沿轴向(X方向),当x≥787时
整理变形后可得
(内套所在位置),空心轴外侧所受压力p、径向变形位
ln[1/(1-y/44.06007194)=kx2
移d所受压力与径向变形位移的比值p/d的
数据采集见表2所示。
表2空心轴外侧压力p、径向変形位移d、压力与径向变形位移的比值P/d
3.2空心轴外侧压力变化规律
x/mm「p/MP
/d
x/mm「p/MPa「d/mm
/d
用SAS软件来分析表2中的压力,可以
787.0032.29「0.020211493.9497035543.620.042011038.52
得到空心轴外侧側压力的回归曲线,见图7所示。
793.4731.120.02211403.451006.4343.970.04461984.43
图形特征分析:结合图5和图7,压力曲线
799.9533490.0238」1405.531028.404.350.0467948.96
806.4335.580.025211406.011050.374.1010.04881902.72
的前面一段(x<700时)几