（机械设计及理论专业论文）液压联轴器cad专家系统的研究.pdf

摘要 摘要 液压联轴器的成功研制是对传统联轴器工艺的一次巨大变革。它的应用很好的解决了传 统联轴器在联接强度和传动能力等方面的问题。空心轴用液压联轴器的研究开发有效的解决 了大型传动机构自身质量惯性大等问题。 液压联轴器作为一种上世纪8 0 年代才问世的新产品，目前在国内的研究还不成熟，只有 个别厂家能够试制、生产该产品。所以，进一步探索、研究设计和制造液压联轴器的技术和 方法、解决设计和实际生产制造过程中遇到的问题是很有必要的。本文所研究的内容和液压 联轴器c a d 专家系统的研究开发正是基于这样的实际需求。 本文主要研究分析了液压联轴器的工作原理和结构组成；分析比较了液压联轴器的单层 外套和多层组合式外套的受力和强度，得出了选择双层组合式外套最为合理的结论。推导了 描述空心轴用液压联轴器内套内侧压力沿轴向的变化规律以及压力与对应径向变形位移的比 值沿轴向的变化规律的回归方程，为设计空心轴用液压联轴器内套壁厚提供了理论依据和设 计基础。计算出安装液压联轴器过程中所需的基本安装参数，并在以上研究内容的基础上研 究开发了界面友好的液压联轴器c a d 专家系统，并将可执行程序与p r o e 软件有机的连接起 来，以达到更好的可视化效果和产品表达方式。 关键词：液压联轴器；c a d ；专家系统；内套；外套 a b s t r a c t t l l e 吼斌髂s 觚d e v e l o p m 锄t0 f 删i cc o u p l i n gi sah u g ec h 雒g eo f 仃a d i t i o n a ls l l 硪 c o u p l i i l g i t s 印p l i c a l i o nw i ns o l v ci s s u 鹤o f 伽i t i o n a lc o u p l i n g0 nl i l l l 【i i l gs 懒g 吐l 觚da b i l 时t o 拍v ew e l l r 锱e a r c h 锄dd e v e l o p m e n to fh y 由a u l i cc o u p l i n gu s e di l lh o l l o ws _ h mc 锄e 侬栅v e l y r e s 0 1 v ep f o b l e m so fm e l a 唱e - s c a l e 协m 跚 1 i m n gm e c h a n i s mo ni t so w n1 鹕eq u a l i 妙龇l di n e r t i 钆 h y d r a l l l i cc o u p l i n gi san c wm c tc o m i n go u ti i ln l e1 9 8 0 s ，m er e s e 嬲ho f 、7 l 临c hi nm e c 0 硼向呵i sn o ty e tm 矾玳c t l 盯e n t l yc ) i l l yi i l d i v i d u a lm 锄u f a i 洳r 粥c 觚m a l 【ep r 印r o d u c t i o n 跚d p r o d u c ti t t h e r e f o r e ，i ti sv e 珂n c c 铝s a wt 0m a k e 矗l n b e re x p l o r a t i o n 觚dr e s e a r c ho nt e 蛳q u 铭 觚dm e m o d so fd e s i g n i n g 柚dm a r m f 弛r i n gh y d r a u l i cc o u p l i n g 砒l ds o l v ep r o b l 锄se n c 沁1 t 删 “n gd e s i 弘锄da m l a lm 锄u f a i 咖r e t l l ec o n t e i l t l i sp a p e rs t u d 汹锄dr e s e a r c h 觚dd e v e l o p m 铋t o f h y d r a u l i cc o u p l i n gc f e x p e r ts y s t e ma 化b o lb 鹊e do n 鲫c ha c t u a ld 锄a n d 1 1 1 ew o 凼n g 研n c i p l e 雏ds 仃u c 吡e & c o m p o s i t i o no f h y d 瑚【u l i cc o u p l i n gh a v eb e a n a l y z e d i i l l i sp a p 既a n a l y s i s 锄dc o m p 撕s o no ft l l es i n 西e - l a y 盯o u t c rs l e e v ea i l dt l l em u l t i - s t o r e y c o m b i n e d 咖eo u t e rs l e e v e0 nf o r c e 锄ds t r 饥g mh a v eb e 铋m a d e ，锄dg e tm ec o n c l l l s i o nm a t d o u b l e l a y e ro u t e rs l e e v ei s l eb e s tc _ h o i r e g r e s s i o ne q 删o no fd e s 嘶b i n gn l e 觚i a lc h 锄g e l a w so fp r e s s l l r ea n dr a t i o so fp r e s 跚r et 0c o r r e s p o n d i n gr a d i a ld i s t o n i o nd i s p l a c e m e n ti r 坞i d et l l e i 尬e rs l e e v eo fh y d r a u l i cc o u p l i n g 璐e di i lh o l l o ws h a rh 嬲b e 朗d e d u c e d ，a 1 1 di tp r o v i d en 坞b a s i s f o rt h em e 0 拶o fd e s i 班n g l i c h 鼯so fi 衄e rs l e c v eo f h y d 瑚吡l i cc o u p l i n gu s e di nh o l l o ws h 抓1 k b a s i cn e c e s s a 巧p a r 锄e t 懿o fi 邶t a l l i l l gh 删i c c o u p l i n gh 嬲b e e l le d u c e db y 叫c u l a t i o n a n d h y d r a u l i cc o u p l i n gc a dc x p e ns y s t e mi n t e g r a t e st 1 1 em a i nc o n t e n t so ft l l ea b o v c ，a | l d l ec a d e x p e r ts y s t e mc 锄c o n n e c tw i lp r 刮e n 西n e e rt 0e x p r e s sa n dd e s c r i b et l l ep r o d u c tb e t t e l k e yw o r d s ：h y d r a u l i cc o u p l i n 舀c a d ，e x p e r ts y s t e m ，i n n c rs l 联i v e ，o u t e rs l e e v e l l 符号说明 符号说明 径向应力，m p a 环向应力，m p a 轴向应力，m p a 角度，弧度 任意表面处半径，i 姗 内表面半径，m m 外表面半径，m m 任意表面处压力，m p a 内表面处压力，m p a 外表面处压力，m p a 单层外套压力，m p a 双层外套压力，m p a 三层外套压力，m p a 任意表面处位移，姗 内表面处位移，m m 外表面处位移，m m 径向应变 环向应变 弹性模量，g p a 泊松比 积分系数 外套内外径之比；系数 许用应力，屈服强度，m p a 等效应力，m p a 过盈量，n u n 直径增大量，n 蛐 内套外表面锥度 外套移动量，n 1 i n 质量，k g 密度，k 咖3 长度，l 啪 i i l 咖 眦 靠 吒矽 以 办 以广广广 嘶 e 后 q “足 s m p 弛 符号说明 m 嘛 d 4 最大扭矩，心妇 空心轴外径，m m 空心轴内径，衄 坐标轴方向长度尺寸，衄 摩擦系数 ： ， 以w 厂 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签名： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江 南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：一导师叛幽 。 日。 期：一，。，汐7，7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 本课题研究的液压联轴器不同于传统的联轴器，它的成功研制是对传统联轴器工艺的一 次巨大变革。 1 1 1 联轴器简介 联轴器是用来联接不同机构中的两根轴( 主动轴和从动轴) 使之共同旋转以传递扭矩的 机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作 用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与 工作机相联接。 传统的联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为【l j ： ( 1 ) 刚性联轴器，又叫固定式联轴器。主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生 相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同。主要有：凸缘联轴器、 套筒联轴器、夹壳联轴器等。 ( 2 ) 挠性联轴器。主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移 的方法挠性联轴器中又分为： 无弹性元件的挠性联轴器，也称刚性可移式联轴器联轴器。刚性可移式联轴器利用 联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿。主要有：牙嵌联 轴器( 允许轴向位移) 、十字沟槽联轴器( 用来联接平行位移或角位移很小的两根轴) 、万向 联轴器( 用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方) 、齿轮联轴器( 允许综合位 移) 、链条联轴器( 允许有径向位移) 等。 弹性可移式联轴器( 简称弹性联轴器) 。弹性联轴器利用弹性元件的弹性变形来补偿 两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能。主要有：蛇形弹簧联轴器、径向 多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。 传统的联轴器有些已经标准化，选择时先应根据工作要求选定合适的类型，然后再按照 轴的直径计算扭矩和转速，从有关手册中查出适用的型号即可，最后对某些关键零件作必要 的验算【2 3 】。 1 1 2 课题研究的意义和应用前景 在重型机械，特别是舰艇船舶、汽轮发电机组以及大型化工机械等设备中， 常常需要用 到大型的联轴器来传递扭矩，联轴器的工作性能也直接影响到整台设备或机组的工作情况。 由于这些设备需要传递的扭矩往往很大，而且越来越大，所以，所要求的联轴器的尺寸也越 来越大，对联轴器的工作性能和使用寿命的要求也不断提高。 如上所述传统的大型联轴器，仍然主要是靠各种各样的键联接来传递扭矩的。对于大型 的设备，轴上的键槽会严重削弱轴的强度、刚度以及承载能力。一味增加轴的半径，一方面 会增加整个设备的尺寸，使设备变得庞大、笨重，还会增加生产成本；另一方面，单纯的靠 增加轴的径向尺寸并不能得到理想的效果，并不能很好的解决问题【4 1 。 江南大学顿学位睡立 另外，大型联轴器在工作过程中要求能够长期稳定运行。为保证所联接两轴的同心度、 避免振动，一般大型的联轴器与轴的配合都采用过渡配合或过盈配合。大型联轴器的安装与 拆卸是比较困难的。较小尺寸的联轴器，靠机械敲打或推压等方式可以将联轴器与轴装配起 来，但往往在装配过程中把联轴器套筒内壁和轴拉毛，而大型的联轴器靠机械敲打根本就不 能装配 5 ”埘。为避免拉毛和装配困难，大型联轴器在安装过程中一般采用热套或温差法进行 装配。首先对联轴器套筒进行加热或对轴进行冷却，然后迅速将联轴器和轴装配在一起， 等温度恢复后联轴器套筒和轴就紧紧的抱在一块儿了。联轴器的维修拆卸更困难，强行的拆 卸常常将联轴器和轴损坏，轻者也要把联轴器套筒内壁和轴扭毛，而且往往要花费很长的时 问，严重影响设备的正常运行并带来重大的经济损失【4 9 】”。 液压联轴器的应用很好的解决了上述问题。液压联轴器最初应用于舰艇和船舶，现在也 越来越广泛的应用于其他各个行业，并取得了良好的效果，具有很高的推广价值。 但是，目前液压联轴器在国内的研究还不成熟，只有个别几个厂家能够试制、生产该产 品。所以，液压鞋轴器专家系统亟待研究和开发。 1 2 液压联轴嚣研究现状 液压联轴器作为一种新产品，上个世纪8 0 年代首先出现在瑞典，目前在国外的发展己相 对比较成熟。由于在国内开始引进、研究开发的比较晚，有关液压联轴器的一些关键技术还 不成熟，设计、制造以厦安装使用方法和标准还不统一和完善。 所以，进一步探索、研究和优化液压联轴器设计、制造的技术和方法，解决实际设计、 生产和制造过程中遇到的问题是很有必要的。 1 2 1 国内研究现状 图l 一1 液压联轴器和液压螺栓 f i g l - 1n e h y d 州i cc o u p l l i l ga 1 1 d h y d r a u l l c b o i t 9 0 年代中后期，液压联轴器、液压螺栓等产品( 图1 1 ) ，r 始在国内出现，也逐渐丌始 研究，并在各行业广泛推广应用。 1 9 9 6 年，中国第二重型机械( 集团) 公司从国外引进、研制y a l 3 8 0 0 c 型液压联辅器， 并成功运用于武钢冷轧厂取机平整机上。 1 9 9 7 年卜海造船厂丌始丌发试制船用液压联轴器、液压螺栓，井于当年6 月成功地安 第一章绪论 装于为德国船东制造的3 万吨多用途货船上。近几年来先后获得了g l 、c c s 、r a 、l r 等 国内外多家船级社的认可，已成功地使用在二十多艘各种类型船舶上。目前，其产品已开始 向机械工业众多领域拓展应用。 大亚湾核电厂两台9 8 4m w 机组联轴器螺栓1 9 9 5 年初改装后至今，多次拆装的实践表 明，采用液压螺栓能明显降低联轴器检修的技术难度和劳动强度，对提高机组检修质量和减 少工期起到了直接有效的作用。 无锡申穗船舶设备有限责任公司是一家专业生产各种规格液压联轴器、液压螺栓的公司 已有十余年的液压联轴器生产历史。该公司目前已拥有阿项国家级液压联轴器专利技术。该 公司按其公司的o 凸2 0 2 0 1 a e 0 2 - 2 0 0 3 液压联轴器企业标准设计、生产的各种型号液压联 轴器，在1 9 9 6 年己被列入国军标g j b 3 2 7 1 9 8 舰船联轴器通用规范中，2 0 0 6 年列入军用 产品的型谱中，并通过g 8 r r 9 0 0 1 2 0 0 0 和g j b 9 0 0 1 a 一2 0 0 1 民用和军用质量体系认证。2 0 0 2 年获得中国船级社( c c s l 船用产品x c c x c f 液压联轴器型式认可：产品设计已获得国 外g l 、b v 、a v s 等多家船级社的认可，并己装船使用。该公司十余年已生产各类液压联轴 器千六百余套( 图1 2 ) ，广泛应用于国内、外各类军用、民用船舶。 图1 2 无锡申穗船舶设备有限责任公司的液压联轴器产品 f 培l - 2 h y d m u i i c 砷l i n 琴p r o d u c e db y w u x ls h e n s 伍c 唧柚y 无锡申穗船舶设各有限责任公司成立于上个世纪9 0 年代，由无锡压缩机股份有限公司的 一个工具车问和上海7 0 6 研究所的徐炳岳研究员合作创立，并由徐炳岳研究员担任公司技术 顾问、总工程师。徐炳岳是国内一位资深的船舶、舰艇主推进系统研究员，享受国务院津贴 的高级工程师，在液压联轴器方面，是国内最早的，到目前为止也是最权威的研究人员，技 术专家。 1 2 2 国外研究现状 液压联轴器是上个世纪8 0 年代中后期瑞典的专利产品”i ，是在高压( 6 0 1 2 0 m p a ) 情况下长期运行的一种新型传动件，其所传递的扭矩与压力成正比。 液压联轴器的成功研制是对传统联轴器工艺的一次巨大变革。目前在发达国家美国、德 国、同本、瑞典已得到了广泛的应用并取得了良好的效果。 到上个世纪末本世纪初液压联轴器在国外已逐渐发展成为成熟的产品，液压联轴器的 种类也逐渐茇展为普通液压联轴器和液压安全联轴器等。 江南丈学颈学像论文 液压联轴器在国外最初也主要应用于造船工业，之后广泛的应用于其他各行业。 在上世纪末，也出现了原理同液压联轴器的液压螺栓，它是近十年来在国外造船工业乃 至其它机械工业应用较多的一种紧配螺栓，它的出现也是对传统的紧配c 铰制) 蝶栓工艺的一 次重大变革。 目前，瑞典的o k 公司、s k f 公司，美国的p i g r m 公司生产的液压联轴器、液压螺栓， 德国的r o t e x 公司生产的液压联轴器等产品比较成熟，在市场上有很大的占有率。尤其是 瑞典的s 烀公司，近几年来成立了专门的液压联轴器研发机构，强前已拥有多顼液匾联轴器 专利技术，日本、美国等其他国家的液压联轴器生产厂家也都竟相购买其专利技术。 最近s 髓公司又推出空心轴液压联轴器新产品( 图1 3 ) 【l l 1 2 】，并最先公布了空心轴液 压联轴器相对于实心轴的变形量修正筐，以满足空心轴液压联轴器系列化生产的要求。但这 种修正是不精确的，也还没有真正利篇三元理论推导出空心轴的实际变形理论公式。 图1 3s 跹公司最新推出的液压联轴器新产品 f 培1 3n e wh y d r a ：u l i cc o u p l 证g sp r o d u c e db ys k fc o m p 髓y 1 3 课题研究内容 本文中课题的主要研究内容包括： ( 1 ) 介绍液压联轴器工作原理及其安装拆卸方法； ( 2 ) 液压联轴器外套研究； ( 3 ) 液压联轴器内套研究； ( 4 ) 液压联轴器基本安装参数的计算； ( 5 ) 液压联轴器c a d 专家系统； 液压联轴器c a d 专家系统的主要功能模块有： ( 1 ) 液压联轴器产品导航： 内容主要包括产品结构选择和尺寸系列划分； ( 2 ) 液压联轴器实体模型和工程图： 根据在产品系列中选择的产品型号生成实体模型； 生成所选择产品的各零部件的工程图和总装配图； ( 3 ) 液压联轴器基本安装参数的计算： 内、外套配合表面过盈量拶、外套在内套上的轴向位移s 、外套外径增大量d 。外； ( 4 ) 液压联轴器安装和拆卸方法。 4 第二章藏联轴器i 作原理& 安装和拆 方拄 第二章液压联轴器工作原理及安装和拆卸方法 2 1 前言 在第一章中已提到传统联轴器，尤其是大型联轴器在实际使用过程中暴露出了难以克 服的弊端，而液压联轴器的成功应用很好的解决了上述问题，取得了良好的效果。液压联轴 器的成功研制是对传统联轴器工艺的一次巨大变革。本章将介绍液压联轴器的工作原理。 2 2 液压联轴器工作原理 2 2 1 液压联轴器结构组成 图2 1 液压联轴器结构组成和工作原理图 1 内套；2 巧f 套；3 、4 一螺孔；5 - 密封环；6 - 活塞压环；7 一螺栓 f i 吕2 1t h es u c t u r e a n d w o 出n g p n n “p l e o f h y d r a u l i c c o u p l l “g 1 l n n e rs l e e v e ；2 0 u t e rs i e e v e ；3 ，4 s c r e w ；5 - a l r p r o o f d n g ，6 一p i s i o n p 嘣n n g ；7 b 0 1 t 如图2 一l ，液压联轴器主要由内套、外套、密封环、活塞压环和螺栓等零部件组成。 内套较薄，是单独的一个零件，内套内表面呈圆柱面，圆柱面上会丌有螺旋环槽，用束 储油和容屑，以保护内表面和轴的外表面；内套外表面呈锥面，锥度很小( 一般为l ：8 0 】：1 0 0 ) 。 外套较厚，而且现在多足双层组合式外套部件，由外套内层和外套外层组成。外套内层 的内表面也呈圆锥面，并且其有与内套外表面相同的锥度；外套外层的外表面呈圆柱面。外 套内层外表面和外套外层内表面是具有帽司基奉尺寸，且具有过盈配合尺寸公差的圆柱面， 一般在装配之前，外套内层和外套外层都先以热套的方式装配成一体( 图2 1 中将外套简i 叫 成了一体) 。在外套内层的内锥面上开有螺旋形环槽，并由油孔3 与外部相连：外套内层一端 与内层之间尉有空问，并 h 油孔4 与外部相连。外套上的油孔只有在液压联轴器装卸时与油 管联接，t 作和搬运时要用密封螺钉密封。 密封环用于外套内层端与内套之间的空隙( 背压油腔) 内，_ i 柬封油，材料一般为耐 油橡胶，具有弹性，其厚度一股为6 8 m m ，内锥面和外圆表面分别与内套外表面和外套内 层内表面过盈配合。 江南大学硕士学位论文 活塞压环也用于背压油腔内，其内表面开有螺纹，与内套相配合，外表面呈圆柱面。活 塞压环紧压在密封环外，保证密封环的密封效果。活塞压环端面留有圆柱盲孔，以便于装卸 活塞压环。 外套端面上留有螺纹孔，可用于液压联轴器的起吊搬运或联接密封螺栓等。 2 2 2 液压联轴器工作原理 如图2 1 ，内套套在两轴端部的外表面上，内套的内表面与轴的外表面有一定的间隙，其 配合间隙一般为o 0 8 o 1 0i 砌，这个间隙能够保证，在自然状态下，内套与轴能够轻松的 装配和拆卸。当外套紧套在内套的外表面时，自高压油孔3 向外套内表面的环槽内泵入高压 油，在内外套配合锥面之间形成高压油膜( 形成径向油压) 。 高压油的压力一方面将内套紧压在两轴的表面上，使内套与轴之间产生轴向和周向的摩 擦力，即内套被固定；另一方面又作用在外套的内壁，使外套径向扩张，在临界时刻外套“悬 浮”于高压油膜上，该状态下外套在轴向上一旦受力容易发生轴向移动。此时，利用中压油 泵通过油孔4 向背压油腔内泵油( 形成轴向油压) ，由于活塞压环和密封环与内套连为一体， 已被固定，所以背压油腔产生的轴向油压将外套推向内套外径较大的一端。不断泵入高压油 和中压油，径向油压越大，泵油越多，外套径向变形越大，在背压油作用下其轴向位移也越 多。一直等外套轴向完全移动到位后，将径向、轴向油压依次放出，油膜压力消失，外套的 弹性恢复力使外套紧抱在内套上，内套紧压在两轴的端部表面上，并使内外套之间以及内套 与轴之间产生很大的摩擦力，液压联轴器工作时就是利用此摩擦力来传递扭矩的，所以液压 联轴器属于无键联接。 2 3 液压联轴器安装和拆卸方法 液压联轴器的安装及拆卸方法步骤必须严格遵循液压联轴器工作原理，这样才能有效避 免对液压联轴器和轴的损坏。安装和拆卸液压联轴器时须做一下准备工作： 1 油料 在内外套之间泵入的油，必须选用其在使用时当地环境下其运动粘度在3 0 0 c s t 左右，含 水量没有或极微量的液压油、导轨油或机械油，并应经过4 8 小时的沉淀，油内绝对不允许有 硬质微粒的存在，应使用未使用过的清洁油。 一般建议按表2 1 选用油料： 表2 1 油料选用规定 1 a b 1 - lt h ec h o o s i n gr e g u l a t i o no f o i l 注：油料也可选用相当粘度的导轨油或机械油 另外，应准备一些粘度较低的，如2 0 3 0 号的液压油或相当粘度的机械油，用于活塞腔 中推动外套在内套上移动用动力油。若粘度过大，则泵油用力大，油泵的容积效率也会降低。 6 第二章谖压联轴i 怍原理安装目拆卸女法 2 高压油泵 选用油泵的数量： 安装轴径为5 0 2 8 0 肌的液压联轴器建议选用2 台x z 8 8 1 0 瑚高压油泵； 安装轴径为2 8 0 4 0 0 肼h 的液压联轴器建议选用3 4 台x z 8 8 一1 0 o o 高压油泵： 安装轴径为4 0 0 6 0 0 小m 的液压联轴器建议选用4 6 台x z 8 8 - 1 0 o o 高压油泵； 液压联轴器油孔进出口尺寸一般为m 1 6 x 1 5 m m ，球头1 0 “l i t l ：尺寸较小的液压联轴器油 孔进出口尺寸一般为m 1 2 x l n 邯，球头8 咖。 3 通用和专用工具 ( 1 ) 通用工具有： 干分表2 只( 行程6 m m ) ；深度尺1 把；清洗用轻柴油：清洗用高级卫生纸或丝料若干： 清洗用靛等。 ( 2 ) 专用工具有： 活塞专用扳手t 液压联轴器专用装拆起吊设备等。 2 j 1 液压联轴嚣安装方法” l 清洗 清洗时要特月u 注意外套内锥面、进出油孔和内套的外锥面以及内圆面的清洁。先用轻柴 油洗净后，用高级卫生纸擦拭干净，最后用干净的手去触摸检查。若有小尖角或以时装拆时 产生的轻微拉毛部位，则必须用油石或细砂磨去，或装在车床上抛去。 2 组装 组装要求必须在环境清洁的地方，最好在车m 内组装。 先把内套螺纹端向上竖起，在内套外锥面和外套内锥面涂上清洁的低粘度液压油。在外 套活塞端螺孔装入吊环，把外套吊起柬，对准内套端部慢慢放下，使外套自然套入内套上。 然后安装密封环应使内环大端向内，并慢慢压平以防翻边。最后装入活塞压环，井用活塞 用扳手旋紧活塞压环。另外装上封油孔螺栓等( 图2 - 2 ) 。 罔2 2 组装好的液压联轴器 f l g2 2n eh y d r a u l i cc o “p l m ga s s 哪b l y 南 学坝 = 学位论文 3 币式安装 围2 3 液压联轴器安装试验过程 f 培2 - 3t h 。p m c e s so f 6 x i n g h y d r 肌l u p l i n g ( 1 ) 准备连接高压油泵，先泵几下把泵和管子中的空气赶走。把带有高压压力表( 0 2 5 0 m p a ) 的泵的接头接到液压联轴器中部的进油孔。对于大直径的液压联轴器有多个进油孔。 带有中压表( 0 6 0 m p a ) 的泵的接头接在靠近活塞端的进油孔，并接在二个进油孔下面的一 个，用于推动外套在内套上移动。对于大型的液压联轴器。活塞腔进油孔中可以多接几台泵， 以适当提高外套在内套上移动的速度。 ( 2 ) 在液压联轴器非活塞端，轴与外套之问装卜1 只或2 只千分表，用于观察和测量 外套在内套上轴上的移动量和移动均匀性，并用深度尺测量其移动量。 ( 3 ) 安装时先把靠近活塞端向卜的进油孔打开，然后泵中压油泵把活塞腔中空气赶走。 等出油后把进油孔封死( 可用泄油接头) 。再泵高压油泵，当内外套在大端接合处四周有微量 油冒出后才起动接入活塞腔中的中压油泵。高压油泵应不停的泵，使外套在内套上慢慢的均 匀的移动。若在移动过程中要汜录位移和两个表压，则应先停中压油泵后再停高压油泵。一 般以移动3 l o m m 为一段，作一次记录。移动到位时先停高压油泵，后中压油泵多榘3 5 次后停泵，目的是防止位移后退。但也不宜多泵，中压油泵多泵易造成内外套之m 缺油状态 下移动，造成内外套之f h 】接触面拉毛。 ( 4 ) 外套移动到位后，停5 1 0 分钟，取下液压联轴器进油接头，装上进油扎止动挚 片及封油螺栓。在活塞压坏与外套之间涂上硅胶，以防微硬粒和水汽进入括塞舱。对于要浸 入海水中工作的液压联轴器，要特别防止海水或水汽进入液i l 、联轴器内部，液压联轴器外壳 与海水接触部分的材质必须是耐海水腐蚀的，对进油口应用环氧树脂封死。 ( 5 ) 液压联轴器安装完毕厉，对高压油泵应封存好，建议用含水量极少的牛油封好， 刚埋料袋封存，以备下次使用。 第二章液压联轴器工作原理及安装和拆卸方法 2 3 2 液压联轴器拆卸方法 ( 1 ) 首先拆除液压联轴器附近的管子和杂物，把液压联轴器的外表和端面以及轴的表 面( 包括液压联轴器在一轴上拆下时移动距离范围内) 的防锈漆登除去，锈点均应清洗干净， 以防液压联轴器从轴上移动和拉下时拉毛内套内表面和轴的外表面。 ( 2 ) 拆去液压联轴器进出油孔的封油螺栓和止动垫片。对浸在水中工作的液压联轴器， 用气焊枪烧去环氧树脂，然后旋出油孔中螺栓。小心清除周围的锈斑和赃物，并防止赃物掉 入孔内，按上面安装液压联轴器的要求接上高压油泵和中压油泵。 ( 3 ) 先用低粘度油( 2 0 3 0 号液压油) 加入中压油泵油杯中，并泵入液压联轴器活塞 腔中，同时把活塞腔中空气赶走，建立起油压后停泵。然后在高压油泵中加入一些低粘度油 并泵入内外套之间，使压力升高，使液压联轴器内套大端与外套大端接触处有油慢慢渗出。 注意：此时千万不要把活塞腔打开放油，使外套在内套上下移，因为内外套之间在低粘度油 情况下移动易拉伤内外套锥面。泵低粘度油的目的是把在液压联轴器安装时泵入的高粘度油 稀释一下，使内外套容易分离，减少内外套之间积油( 或干油) 的结合力。泵几分钟后见流 出均是低粘度油时停泵。再待1 0 分钟使内外套之间低粘度油把积油充分混合稀释，目的还是 减少内外套之间油的结合力，使拆卸时外套在内套上滑下时更顺利些。 ( 4 )开始拆卸。在高压油泵中加入按规定要求的油，此时泵高压油泵使内外套之间压 力逐步升高( 注意：其最高压力绝对不能超过该液压联轴器总图上的径向最大油压) ，直至内 外套之间有均匀泵入粘度的油渗出，高压油泵继续泵油，稳定1 5 2 0 秒后，即打开高压油泵 泄油孔和活塞腔泄油孔，同时快速的泵高压油泵，使液压联轴器的外套在内套上均匀滑下。 注意：活塞腔中的油要先泄得慢一点，然后快速泄放。泄油过程中径向高压油泵应快速的泵 油，不能停泵或泵得太慢。 ( 5 ) 若液压联轴器按上述步骤和径向最大油压下还不能拆下，一般来讲是液压联轴器 因安装和使用时间较长，内外套之间积油粘力过大造成。可用粘度更低一些的油泵入内外套 之间把存积的干油稀释，并多待一段时间，使内外套之间干油充分稀释后，甚至到第二天再 拆。然后按规定的油加入高压油泵并泵入内外套之间，同时也慢慢的泵中压油泵，使油进入 活塞腔，使外套在内套上浮动o 1 o 2 m m ，然后再按第( 4 ) 步的方法拆卸。 注意：不能强行的用径向油压超过最大压力的办法拆下，那样极易使内套外表面拉毛， 甚至使内套与外套之间咬死。只能耐心的反复用低粘度油泵入内外套之间冲稀积油，以减少 内外套之间积油的粘力，总可以完好的拆下。 2 3 3 安装和拆卸液压联轴器注意事项 ( 1 ) 严禁使用粘度不当和不清洁的油，严禁飞砂、微粒等赃物进入液压联轴器内。 ( 2 ) 安装和拆卸时注意油压，一般高压油泵的压力是中压油泵的6 1 l 倍，内外套之 间拆卸时的最高压力绝对不允许超过最大压力。 ( 3 ) 安装和拆卸均应安装上述方法步骤，不可过急。 ( 4 )为了使液压联轴器顺利的套在轴上，安装前可在内套内表面和轴的表面涂一薄层 低粘度油，其粘度应2 0 c s t 。 9 江南大学硕士学位论文 第三章厚壁圆筒强度理论及液压联轴器组合式外套研究 外套是液压联轴器的重要组成部件之一，本章将对外套的结构和受力进行研究。 3 1 液压联轴器单层外套 在第二章中研究液压联轴器的工作原理时已经知道，不同于传统的联轴器，液压联轴器 的联接方式属于无键联接。为保证液压联轴器能轻松装配到轴上，液压联轴器内套与轴的配 合本身属于间隙配合，内套和外套之间是锥面配合。液压联轴器之所以能传递扭矩就是靠液 压联轴器外套的弹性恢复力，该弹性恢复力使外套紧抱在内套上，内套再紧压在轴的表面上， 并使内外套之间以及内套与轴之间产生很大的摩擦力，利用此摩擦力来传递扭矩。 一般来讲，液压联轴器都是用于轴径尺寸较大、传递扭矩较大的关键传动部件，即要求 液压联轴器有很高的联接强度，这就对液压联轴器的传动能力和工作稳定性提出了很高的要 求。 r 一 毋 憋梦 宓涤 曝癸 乍永 心- 涉 内套 外套 图3 1 单层外套液压联轴器受力图 f 培3 - l1 1 l ef o r c ed i a 伊a mf o rs i n 酉e - l a y 盯o u t e rs l e c v eo f h y d r a u l i cc o u p l i n g 如图3 - 1 单层外套液压联轴器内外套受力情况，在工作状态下，内套主要受来自轴和外 套施加的压力，而外套主要受来自内套的压力。 如果外套材料所受应力超出其屈服极限，外套将发生塑性变形，这样将导致液压联轴器 联接失效，外套在拆卸时也很困难【1 6 1 。如果一味地增加外套外圆半径，企图单纯地以增加厚 壁来防止出现塑性变形，效果不令人满意( 原因见下文) 。另一方面，由于受到空间和传动机 构转动惯量的限制，液压联轴器也不易做得大而笨重。 因此，在维持原有尺寸的前提下设法提高圆筒外套的弹性承载能力而避免出现塑性变形 成为解决问题的关键。 另外，国外公司液压联轴器产品所使用材料的屈服极限很高，比如瑞典o k 公司产品的 联轴器外套所使用材料的屈服极限约在7 0 0m p a ，而国内公司同类产品所使用材料的屈服极 限约在5 0 0m p a 【1 7 】。国内同类产品要达到同样的连接强度，势必危险点的应力早已超过材料 的屈服应力【l 引。 3 2 厚壁圆筒强度理论 为了解决3 1 中的难题，再来研究液压外套。从液压联轴器外套的受力和变形情况来看， l o 第三章厚壁圆筒强度理论及液压联轴器组合式外套研究 它相当于一个受内压的厚壁圆筒。本节主要介绍厚壁圆筒的强度理论【1 9 删。 3 2 1 理论原理 2 2 1 在工程实践上，常常遇到厚度较大的厚壁圆筒，它的厚度与半径之比不是很小，例如化 学工业上的高压筒，军事上的枪炮，机械工业上的气包或液压油缸筒，以本课题要研究的及 液压联轴器的外套等。在它们内表面或外表面受压时，其内部受应力不能以薄壁元件、均匀 ( 即相同) 受力来考虑。实际上其内部的应力分布及不均匀，内、外表面应力往往相差数倍， 甚至数十倍。 由于圆筒本身对压力作用的对称性，故受压变形后的圆筒对某一轴线也是对称的，即圆 筒的横截面在变形前为圆形，变形后仍为圆形。在计算应力和变形时，可以在圆筒中垂直于 圆筒轴线( 即沿轴线方向上) 截出一长为d t 的圆环，再在圆环内取出一段小单元体，如图3 2 。 0 r u 一 图3 2 厚壁圆筒单元体 f i g 3 2n 圮u i l i tb o d yo f m i c k w a l lc y l i n d e r 单元体的三对面中，左右两面与横截面相邻，上下两面与径向截面相邻，前后两面与环 向切面相邻。在一般受力情况下，其各截面上均应有应力，记圆筒轴向应力为仃，径向应力 为盯，环向应力为。 如图3 2 圆筒二端自由开口，可认为圆筒沿轴线方向不受力，即仃，= 0 ；如果圆筒两端 封闭或是圆筒受轴向力时，在离圆筒两端稍远处将引起轴向应力仃：，且盯：为常数，即认为仃： 在截面上均匀分布。 径向应力仃，环向应力和径向位移“的计算见以下内容。 3 2 2 静力平衡条件 如图3 3 ，设圆筒外径为乞，内径为，外部所受压强为儿，内部所受压强为p 。，取 单元体a b c d 为研究对象，如图3 3 ，并取径向坐标为r ，切向坐标为t 。 ( 1 ) 单元体相对于径向坐标轴是对称的，作用在单元体上的力也应该是对称的。假设 沿a c 面上和b d 面上存在切应力，由于对称性，作用在a c 面上的切应力和b d 面上的切应力 就要同时指向径向r 轴的正向，或同时指向径向r 轴的负向。然而，由于切应力的总是成对 出现的，所以以上这种假设是不可能的。因此，作用在面上和b d 面上的切应力必需同时 为零。同理，在a b 面上和c d 面上也不可能有切应力。 江南大学硕士学位论文 。、厂 图3 - 3 厚壁圆筒静力平衡 f 培3 3t 1 1 es t a j t i ce q u i l i b d 啪o f l i c k - w a l lc y l i n d c r ( 2 ) 在静力平衡条件下，面上和b d 面上的正应力显然相同，正应力的大小随 着半径尺寸r 的不同而改变，所以是r 的函数，记为： = 厂( ，) ( 3 1 ) ( 3 ) 面a b 和面c d 上还作用有纤维间相互挤压而引起的正应力仃，。这种径向应力仃，的 大小也随着半径尺寸r 的不同而改变，所以仃，也是r 的函数，记为： 盯，= g ) ( 3 2 ) 如图3 3 ，设半径为r 的面上的正应力为仃，那么半径为r + d r 的面上正应力应是： q + 华西 假设单元体各面上的正应力都是拉应力，单元体各面的大小是： a u c = b d = d r d z ，a b = r d o d z ，c d = ( r + d r ) d 0 d z 根据平衡条件：r = o ，z = o ； 由于单元体的对称性，丁= 0 总是满足的，因此静力平衡条件只有一个需要考虑，即： r = o ： ( 吖等办) ( ，+ 办肛叫咖咖警= 。 ( 3 - 3 ， 展开得： q 以秒+ ，孥猁p + q 删乡+ 冬咖2 d 秒一q 耐口一2 办s i n 譬：o ( 3 4 ) 西 办 9 2 、 因( f p 趋近于无穷小，令s i n 警= 警，略去三阶微量，以办d p 去除各项，整理后可得： 一c r r 一，华= o ( 3 5 ) ( 3 5 ) 式中仃，和均为未知数，而平衡方程只有一个，所以还得从变形几何关系补充 方程。 1 2 第三章厚壁圆筒强度理论及液压联轴器组合式外套研究 3 2 3 变形几何关系 所需的补充方程，是从单元体的变形几何关系得到的。圆筒的变形是关于轴线对称的， 所以以圆筒轴线为中心的诸同心圆柱面层将作圆形扩张，即简上所有点都只作径向位移。 因此，等半径圆周上的诸点，径向位移都相同，位移将只是半径r 的函数。 图3 4 单元格几何变形 f i g 3 4t h e9 0 0 m e t r i cd e 蠡) n n a t i o no f u l l i tb o d y 图3 - 4 表示单元体的变形几何关系，设半径为r 的圆周上诸点的位移为“， 的诸点上的位移为”+ 华办，如图a b 变形后移至a ，b ，c d 位移至c ，d ，则： 办 口：口c 一口口t + c ：办一“+ “+ 皇竺办：办+ 幽 咖 于是径向应变： 乜c 一口cd + c m 一加d h s ，。2 口c 环向应变： 毋d ， 则半径r + d r ( 3 - 6 ) 岛：型警：虹掣：兰 ( 3 - 7 ) 岛2 了2 扩27 p7 ) 因此得应变方程式： 前面虽然得出了二组方程式( 3 5 ) 和( 3 8 ) ，但一组是应力方程式，含有未知数仃，和， 另一组是应变方程式，含有未知数“，q ，岛。三个方程式五个未知数，还是不能解出未知 数。因此还必须列出联系应力与应变的关系式。 1 3 o o3 ，l 如万竺， = = ， p s 占 h ，叫 p 9 ， 卜吉k 叩，) p 刁 得到应力与应变的关系方程式，这样连同前面的两个方程组共有五个方程式，就可以解 出五个未知数：口，、材、占，、。 3 2 5 计算应力与位移 将( 3 8 ) 式代入( 3 1 0 ) 式可得： 隧 幽“、 石岬7 j “幽、 ( 3 - 1 1 ) 歹叫万j 再将( 3 1 1 ) 式代入( 3 5 ) 式整理可得： 雾+ 吾考号= o 仔坳 这是一个齐次线性微分方程式，解之可得其两个特解为：，- 和“，= 1 ，。 因此( 3 1 2 ) 式通解为： “= q ，+ l ( 3 1 3 ) ( 3 一1 3 ) 式即为位移方程式，式中常数c l 和g 为积分常数。将其代入( 3 1 1 ) 式可得： + ) 一 + ) + 式中积分常数c l 、c 2 可由圆筒内外表面的边界条件来确定。 1 4 ( 3 - 1 4 ) 0 p 口 r 膳 惦 心 肛 + 一 ， 护 p e一叫e一叫旦旦唧 = = r b _ 唧一，一广 q q c c 专毒 第三章厚壁圆筒强度理论及液压联轴器组合式外套研究 3 2 6 受均匀内外压力的厚壁圆筒的受力分析 图3 5 受均匀内外压力的厚壁圆筒的受力状态 f i g 3 - 5t l l e 赋eo f l i c k - w a l lc y l i n d e rf o r c e db y i l l i l e r 锄d0 u t e r 嗍p 瑚s 如图3 5 ，仍然设圆筒外径为乞，内径为，外部所受压强为p 。，内部所受压强为p 。 当，= 乞时，仃，= 一p 。； 当，= 时，盯，= 一p f ： 将以上两个边界条件代入( 3 1 4 ) 式，来决定积分常数c i 和c 2 ，得： 卜毒卜小g 钢 卜毒卜小g 亨 “= 警字，+ 警并 “：坐出尊，+ 半亟菇丛车 层，0 2 一2 e ，k 2 一2j ( 3 1 5 ) ( 3 - 1 6 ) 即得应力与位移方程式 ( 3 1 7 ) ( 3 1 8 )