滑塊聯(lián)軸器的非標(biāo)設(shè)計及其計算

1、摘要：在我廠生產(chǎn)的鑿井絞車中，很大一部分聯(lián)軸器是非標(biāo)設(shè)計。本文簡單介紹了十字滑塊聯(lián)軸器在設(shè)計中的校核重點，及其校核方法。1.概述連軸器分為十字聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器、柱銷聯(lián)軸器、梅花聯(lián)軸器、星形聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器等，是機械產(chǎn)品中一種常用的部件，用來連接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件。在整個傳動過程中，聯(lián)軸器起到傳遞扭矩、功率的作用，有些連軸器還有補償兩軸相對位移和緩沖減振等功能，是現(xiàn)代化機械中不可或缺的重要部件。隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用不斷擴大，連軸器種類不斷增加，其性能的要求也愈來愈高。為了提高機械裝置的效能和可靠性，保證機械的零部件，尤其是連軸器，具有高質(zhì)量是十分重要的。

2、因此，盡管目前有不少系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的連軸器，但由于機械種類繁多，且其載荷、轉(zhuǎn)速、工作環(huán)境各不相同。故還需要各種性能不同的連軸器，以適應(yīng)不同的工況和使用要求。為此，不斷研制出新的連釉器，改進原有的連軸器是十分必要的。我廠JZ系列鑿井絞車所使用的十字滑塊聯(lián)軸器其尺寸遠大于標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)軸器，故深入研究十字滑塊聯(lián)軸器在非標(biāo)設(shè)計中的相關(guān)計算，對我廠設(shè)計、生產(chǎn)具有重要意義。十字滑塊聯(lián)軸器又稱滑塊聯(lián)軸器，由兩個在端面上開有凹槽的半聯(lián)軸器和一個兩面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動，故可補償安裝及運轉(zhuǎn)時兩軸間的相對位移。十字滑塊聯(lián)軸器示意圖2.材料選擇這種聯(lián)軸器零件的材料一般選用45#鋼，工作表面需要進行

3、熱處理，以提高其硬度。由于本例所涉聯(lián)軸器為鑿井絞車部件，具有載重大，轉(zhuǎn)矩大，經(jīng)常啟停等特點。并且礦山機械對安全性能要求較高，一般選取較大安全系數(shù)。所以，為增強使用壽命和安全性能，本設(shè)計材料選取較45#鋼性能更好的42CrMo。對于十字滑塊聯(lián)軸器，易損件為中間十字滑塊，主要失效形式是疲勞失效。研究材料的抗疲勞性能時，其主要參考依據(jù)為S-N曲線，此曲線為材料固有屬性曲線，獲得方法一般有實驗法、三參數(shù)法、四點法、斜率法等方法。在這些方法中，一般來說S-N曲線都與彈性模量，泊松比以及材料抗拉極限（或屈服極限）有關(guān)。42CrMo的屈服極限（930）和抗拉極限（1080）都比45#剛的屈服極限（355）和

4、抗拉極限（600）要高出許多，而S-N曲線是一條近似對數(shù)的曲線，這一提升的效果是非常顯著的。42CrMo S-N曲線（三參數(shù)插值法。）45#鋼S-N曲線（三參數(shù)插值法）可以看出，更換材料后，材料的S-N曲線疲勞極限點提高了至少兩個數(shù)量級，而且曲線更為平滑，這使得聯(lián)軸器性能在疲勞壽命方面得到極大改善。3.經(jīng)驗公式核算對于標(biāo)準(zhǔn)十字滑塊聯(lián)軸器有如下經(jīng)驗公式：式中：P計算參數(shù)，對一般45#鋼，P<300即為合格。計算轉(zhuǎn)矩 （單位：kg·cm）D十字滑塊外徑d十字滑塊內(nèi)徑h滑塊有效接觸長度本例以50噸鑿井絞車為例進行計算：滾筒直徑：2500mm鋼絲繩直徑：54mm纏繞層數(shù)：10層則：力臂

5、：2500/2+54X10=1790mm拉力：50t=50000kg力矩：179×50000=8950000主軸裝置與中間軸之間傳動比：155/19=8.158相關(guān)傳動效率：軸承：0.98 開式齒輪：0.95解得計算力矩：1202456(kg·cm)代入： =266.34.通過有限元法進行校核強度分析：由于整個模型屬于對稱結(jié)構(gòu)，為節(jié)約計算時間，選取滑塊一端進行計算，另一端固定。（結(jié)果如圖）可以看到，最大應(yīng)力點在滑塊根部，為4.4Mpa，遠小于42CrMo的屈服極限930Mpa。疲勞壽命分析：絞車聯(lián)軸器經(jīng)常要承受反向載荷，甚至沖擊載荷，對其進行疲勞分析是十分必要的。由于本例疲勞破壞周期過大，通過軟件得到最大壽命較為困難，故取100倍系數(shù)進行核算。校核結(jié)果：壽命最短處為145萬次，最大壽命溢出。由于S-N曲線的對數(shù)特性，100倍系數(shù)下的疲勞壽命是一