绞边弹性环联轴器的选型与应用

刘晓刚，雒小龙，董少伟

(陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西 宝鸡 721013)

0 引言

随着科技的不断进步，经过几十年技术发展，国产喷气织机的性能日益完善、可靠性日趋稳定。随着织机转速不断提高，对零部件尤其是传动部分的核心件即绞边的性能带来了更大挑战。绞边与织机由联轴器连接传动，寸辖制轮，一旦联轴器出现选型或者装配不当，将严重影响织机性能和效率。因此，选择合适的联轴器至关重要。

1 联轴器的结构与性能

联轴器被广泛应用在工程机械、船舶、特种车辆、机床试验机、风力发电机和纺织机械等领域，用它传递动力，不仅在吸收振动和冲击方面表现出色，而且可以降低机器噪声。弹性环联轴器弹性体的橡胶部分由多边形橡胶和铝制插入物组成，经硫化及粘合固牢后，在轴向和径向通过螺栓将弹性体连接到圆柱形毂和法兰毂上，实现动力传递；其径向的螺栓连接具有预压缩结构，使得柔性和动力传递在吸收振动和冲击方面效果很好。

2 联轴器传动部分重要参数计算

实践中，一般需要根据负荷计算转矩和工作转速并初步选定联轴器型号。电机转矩与功率的关系式为T=9550P/n，即电机轴端输出转矩等于转子输出的机械功率除以转子的机械角速度。其中，T为电机力矩(也称扭矩)，单位为N·m；P为功率；n为电机转速。

以齿轮传动为例，传动的扭矩计算需先求出传动比。单机齿轮传动比：i=n1/n2=D2/D1=z2/z1，即传动比等于主动齿轮与被动齿轮的转速比，也等于被动齿轮与主动齿轮的齿数比。其中，n为转速，D为分度圆直径，z为齿数。多级齿轮传动，每两轴之间的传动比按照单机齿轮传动比的公式计算，而从第1轴到j轴的总传动比按照i=(z2/z1)×(z4/z3)×(z6/z5)…(zj/zj-1)=(n1/n2)×(n3/n4)×(n5/n6)…(nj-1/nj)计算。

有了传动比，扭矩计算就非常简单，输出扭矩等于输入扭矩与传动比的乘积，这里是指额定功率下的额定扭矩；涉及到正反转的设备时，还须计算出电机的最大输出扭矩。从启动到正常运转过程中，电机的电磁转矩是不断变化的，其中最大值称为最大转矩或临界转矩，用Mmax表示。最大转矩是衡量电机短时过载能力的一个重要技术指标，该值越大电机承受机械荷载冲击能力越大。如果电机在带负载运行中发生了短时过载问题，即最大转矩小于过负载的阻转矩时，电机便会停转，发生“闷车”现象。最大转矩一般也用额定转矩的倍数来表示，最大转矩Mmax与额定转矩MN的比值，被称为异步电动机的过载能力(代号为γ)，一般异步电机的过载能力γ值为1.8～3.0。

3 联轴器损坏的主要原因分析

3.1 弹性体橡胶存在质量缺陷

弹性环联轴器由橡胶体、法兰盘和轴套3部分组成。在保证橡胶弹性体与法兰盘和轴套配合效果的基础上，还要考虑其预压缩系数。弹性环联轴器橡胶体的质量要求：橡胶表面应无瘤块、裂纹、缺胶等缺陷；橡胶与金属粘接处不应有扯离问题、深度超过1.0 mm的压模痕迹、轻微凹凸和毛刺，不应有深度超过1.5 mm的气泡；不在此范围内的橡胶表面缺陷允许修磨1次；在金属内、外轮表面和金属件孔内的橡胶应清除干净，在保证尺寸公差的基础上保证橡胶与金属的粘合强度。联轴器橡胶弹性环静态扭转实验时，在瞬时最大扭矩下，弹性环的橡胶不应产生裂纹或出现橡胶与金属扯离问题[1]。以上任何环节出现质量缺陷，如橡胶质量差、断面有杂质，或橡胶与铝制品硫化粘合强度低导致金属部分与橡胶部分扯离，均会导致质量问题甚至发生安全事故。弹性环联轴器属于易损件，科学选型和选择质量好的橡胶体对联轴器非常重要。

3.2 安装精度影响使用寿命

联轴器的寿命一定程度上取决于联轴器与两端连接件在垂直和水平方向上的一致性，即安装时一定要保证轴向同轴，无径向干涉、转动不灵活等问题，最好有合适的工装进行装配、校正和检验。这样不仅可以排除装配时人为因素的影响，还能对联轴器的制造工艺和选型进行验证。

4 联轴器的选型

4.1 根据用途和工况等选择

有水或潮湿环境可选择防锈且不易被腐蚀的SUS或树脂制联轴器，这些联轴器同时适用于洁净室环境；有油环境可选择耐油性优异的高强度铝合金联轴器；有化学药品环境的可选择抗腐蚀、耐老化的SUS或高强度铝合金联轴器；用于快速、高精度定位的装置，可选择金属膜片式联轴器等。

4.2 根据规格选择

根据所需的外形尺寸、安装尺寸、扭矩要求、转速、容许偏心等参数，选择合适的联轴器[2]。首先，联轴器选型必须根据电机参数计算出实际扭矩，或用实际负载倒推所需扭矩、转动惯量等参数，综合考虑计算得到的数据以及实际安装尺寸、安装误差、冲击、振动、变形、温度变化等造成的两轴线相对偏移、扭转角、轴向、径向或角向许用补偿及最大允许值等技术参数和资料，确定初步选取的弹性联轴器型号是否满足轴系扭转振动的特性要求。联轴器许用振动转矩Tv应大于或等于扭振附加扭矩，校核联轴器的瞬时最大转矩应大于或者等于实际最大转矩。当以上几项校核计算不能满足要求时，应更换另一档型号的联轴器重新进行扭振计算。另外，要选择有资质、有实力的供应商，保证测试联轴器的额定传递扭矩、最大扭矩、动态扭转刚度和几百万次的疲劳强度等参数真实有效，且达到相关标准要求。

5 联轴器的安装和日常维护

5.1 安装方法

5.1.1 安装前准备

虽然联轴器允许有一定的轴心偏差，但是超过允许偏差值则会发生振动，影响联轴器的性能甚至对其造成破坏。所以安装前应对轴进行校准调整，使其轴心偏差在允许值以内。

5.1.2 安装前确认

安装前，应测量安装联轴器的电机输出轴的径向跳动误差，以掌握定心的基准值。

5.1.3 安装

首先，清洁轴表面以及联轴器孔内的油脂、粉尘，松开联轴器螺栓；其次，将联轴器套在轴上，并确认其轴向滑动及径向旋转顺畅；最后，按照说明调整轴径插入长度，并用扭力扳手以规定的扭矩锁紧联轴器。轴插入联轴器的长度为产品目录中记载的主体(毂)的长度，若插入长度过短，可能导致轴的滑移和夹紧部位损坏；若插入长度过长，会因联轴器内部的轴干涉导致损坏。

5.2 联轴器的日常检查维护

在日常维护过程中，除了按规定对联轴器进行清洁和润滑之外，通常还需检查：① 联轴器本体有无裂纹；② 联轴器连接是否紧固牢靠；③ 联轴器的键连接是否松动或存在滚键问题；④ 联轴器转动时是否有径向圆跳动和端面跳动超差问题；⑤ 联轴器润滑状况是否良好。

在规定的参数范围内正确使用联轴器，是保证其正常运行的前提。未正确使用或者超寿命使用，可能会出现联轴器破损、轴打滑、振动、跳动、异响声等失效模式或故障；可根据具体使用状况分析故障原因。

6 联轴器的应用效果

目前，CA182型喷气织机已在湖北、四川、江苏、陕西等地的多个用户处使用。随着织机转速的提高，作为喷气织机重要传动件的绞边联轴器出现了一系列问题。起初认为是联轴器批次质量问题，但对联轴器进行批次更换和厂家更换都未能解决问题，最后对出现问题的原因进行深入分析，通过科学计算选型以及在装配工序制定规范要求和制作工装，问题得到解决。在更高转速科学选型前，每10台织机的绞边联轴器每月平均坏3～4个；经更高转速科学选型后，每50台6个月平均坏1个联轴器，零件质量和产品可靠性大幅提升，维修次数减少，织造效率提升，备件、维修和人工成本大幅降低。经长期试用和整体核算发现，联轴器的科学选型、正确安装和定期检查维护是非常有效的，在降低成本、利润提高方面效果可观。