弓形环胀紧联接的研究.doc

多槽弹性套胀紧联接的研究秋信巧 摘要：介绍了多槽弹性套胀紧联接的结构形式，给出了各结构要素之间的尺寸关系，分析了多槽弹性套胀紧联接的胀紧原理，推出了传递转矩的计算公式。本文通过对多槽弹性套胀紧联接与传统的锥环胀紧联接及胀紧套胀紧联接的综合性能进行对比分析，结果表明，多槽弹性套胀紧联接有结构简单、体积较小、传递转矩较大的特点。关键词：胀紧联接 无键联接 多槽弹性套 胀套1 引言胀紧联接由于定心性好，能沿圆周方向及轴向方向调节两被联接件的相对位置，具有过载保护功能等特点，正逐渐取代键联接，被广泛应用于各种轴毂联接，特别是要求无隙传动的伺服驱动系统中。现在，常用的胀紧联接有锥环胀紧联接及胀紧套胀紧联接两种形式。其中，胀紧套胀紧联接的结构已经标准化、系列化，JB/T79341995对胀紧套胀紧联接的结构尺寸基本及参数用表格的形式给出，使用较方便。锥环胀紧联接虽然未列入国家标准，但相关的设计手册及书籍对其都有详细的介绍与分析计算，这为其推广应用创造了条件。多槽弹性套胀紧联接是一种较新的胀紧联接方式，它具有结构简单、传递转矩大、装拆方便等特点。由于目前国内对于这种胀紧联接缺少理论研究，导致其使用受到限制。本文的目的在于通过对多槽弹性套胀紧联接的结构、工作原理、传递转矩进行研究，为其推广应用提供理论依据。2 多槽弹性套胀紧联接的结构及工作原理多槽弹性套胀紧联接的结构较简单，其联接部分仅由一个多槽弹性套和数个螺栓组成，见图1。拧紧螺栓，使多槽弹性套产生弹性变形，使轴向尺寸减小，传动轴与轮毂之间产生正压力，由摩擦力传递转矩。多槽弹性套的结构见图2。 图1 多槽弹性套胀紧联接结构 图2中，各尺寸之间的关系可由下列公式计算： (1) (2) (3) (4)由公式（1）（4）可以看出，多槽弹性套的主要结构尺寸由被联接轴的轴径d决定。安装于多槽弹性套内的螺栓直径及个数选取原则如下：螺栓直径 螺栓个数6+d/12 螺栓直径根据计算结果，取最靠近计算结果的螺栓直径系列标准值；螺栓个数按计算结果4舍5入取整数。多槽弹性套与轴及轮毂的配合采用最小间隙为0的间隙配合，即H/h；配合精度建议孔采用7级、轴采用6级精度。为了减少应力集中现象，在多槽弹性套的槽根部的尖角处采用圆弧过渡，圆弧半径可为R1.5R3。 图2 多槽弹性套结构图3示出了多槽弹性套在螺栓预紧力F的作用下产生变形后的径向局部剖面图。多槽弹性套的变形量是由多槽弹性套上的径向辐板倾斜、偏转所产生的。下面以多槽弹性套最右边的辐板为例，见图3处剖面图（b），计算变形量。 (5)式中，的大小跟多槽弹性套与轴及轮毂的配合间隙有关。 图3 多槽弹性套胀紧受力及变形分析 3 多槽弹性套胀紧联接受力分析与计算多槽弹性套的胀紧力是由各辐板的倾斜、偏转所产生的。辐板有两种厚度尺寸，两端的辐板较厚，中间的较薄，图3示出了、处3个辐板的受力分析图。如果忽略多槽弹性套的变形对尺寸的影响以及弹力的影响，则对于处剖面图（a）有：由， (6), (7)式中，H为辐板的厚度；F为螺栓的拉力；N1为辐板对传动轴的正压力；R1为摩擦力；S1为多槽弹性套内力；为钢与钢的摩擦因数，其值为0.10.15。以代入（6）式，并联立（6）（7）式解得： （8） （9）对于处剖面：由，有 以代入得， （10）再由，有 （11）对于处剖面：由，有 以代入得， （12）再由，有 （13）由于多槽弹性套与轴及轮毂的配合均为H/h，最小间隙为0，通常情况下，、角很小。特别地，当=0、=0时，取=0.12，由公式（8）（9）有：,；，；，。于是总的正压力：。 (14)可传递的转矩： 。 (15)从以上的分析可以看出，正压力N的分布是弹性套二侧及中间辐板处较小，处最大；内力S则是由二端向中间逐渐减小。4 几种膨胀联接方法的比较分析图4为一种锥环胀紧联接的结构。螺钉5通过压圈3施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外锥环2之间产生弹性变形，消除轴4与套筒1之间的配合间隙，产生正压力，由摩擦力传递转矩。图4 锥环胀紧联接一对锥环与轴（或套筒）的接触面正压力FN，若不考虑锥环弹性变形力的影响，可由下式计算： （16）式中， FA为锥环所受到的轴向力； 为锥面半角；为摩擦因数。 取=0.12, =164012,则 （17）若采用n对锥环,则各接触面正压力FN将依次等比递减1，如图5所示,。取n=4，则 （18） 图5 接触面正压力分布实际上，当n4时，n增大对总的正压力的增大作用已经不明显。将（14）式与（18）式比较可以看出，在同样轴向力的作用下，多槽弹性套对轴毂被联接件的接触正压力较锥环大，且结构简单。此外，当锥环锥面半角为1640时，从理论上讲大于自锁角，不会出现自锁现象，但实际应用表明，由于粘合力及锈蚀的作用，经常出现自锁紧现象，拆卸不方便，给维修造成麻烦，多槽弹性套联接不会出现此类问题。 图6 Z2型胀紧联接套 图7 胀紧联接套联接1传动轴 2轮毂图6、图7示出了胀紧联接套及胀紧联接套联接的结构，这种联接已经标准化、系列化。根据轴径d，查JB/T79341995的有关表格，可直接查出胀套与轴结合面的正压力及额定转矩，但标准中未反应出轴向压紧力与胀紧结合面正压力的关系。从结构原理上看，一个胀紧联接套相当于两对锥环，且两对锥环的胀紧结合面正压力相等，无递减关系。由公式（17）可得出胀紧联接套轴向压力FAt与胀紧正压力FNt的关系： （19）单个胀紧联接套联接的轴向尺寸较小，其传动能力较4对锥环胀紧联接略大，但比多槽弹性套胀紧联接小。此外，胀紧联接套联接的组成零件较多，结构相对较复杂，径向尺寸也较大。5 结论多槽弹性套胀紧联接与其它常用的两种胀紧联接，即胀紧联接套联接和锥环胀紧联接比较，组成零件少，结构简单，体积较小，在相同的轴向预紧力的条件下，传递的转矩较大，有较大的推广应用价值，可供有关国家标准修订、增补内容时参考。该胀紧联接已多次在东风汽车公司设备制造厂组合机床的有关部件上使用，结果表明，其结构简单，制造加工较方便，便于拆卸、维修，且性能满足设计要求。参考文献：1 徐灏.机械设计手册（3）.北京:机械工业出版社,2000：25-1681772 郑堤,唐可洪.机电一体化设计基础.北京:机械工业出版社,1997:2628 Study on the Multigroove Elasticity Sleeve Expansion-JointsAbstracts: This paper introduces the structure of the elasticity sleeve expansion-joints, gives the size relation between every member, analyzes the expansion-principle of the elasticity ring expansion-joints and deduces a formula which is used to compute the torque. A comparison is made between the combined performance of the elasticity sleeve expansion-joints and the combined performance of traditional conical sleeve expansion-joints and expansion sleeve expansion-joints, and the results show that the elasticity sleeve expansi