滑块联轴器的非标设计及其计算.doc

摘要：在我厂生产的凿井绞车中，很大一部分联轴器是非标设计。本文简单介绍了十字滑块联轴器在设计中的校核重点，及其校核方法。1.概述连轴器分为十字联轴器、夹壳联轴器、万向联轴器、柱销联轴器、梅花联轴器、星形联轴器、弹性联轴器等，是机械产品中一种常用的部件，用来连接两轴或轴和回转件。在整个传动过程中，联轴器起到传递扭矩、功率的作用，有些连轴器还有补偿两轴相对位移和缓冲减振等功能，是现代化机械中不可或缺的重要部件。随着工业和科学技术的发展，机械在现代工业中的应用不断扩大，连轴器种类不断增加，其性能的要求也愈来愈高。为了提高机械装置的效能和可靠性，保证机械的零部件，尤其是连轴器，具有高质量是十分重要的。因此，尽管目前有不少系列化、标准化的连轴器，但由于机械种类繁多，且其载荷、转速、工作环境各不相同。故还需要各种性能不同的连轴器，以适应不同的工况和使用要求。为此，不断研制出新的连釉器，改进原有的连轴器是十分必要的。我厂JZ系列凿井绞车所使用的十字滑块联轴器其尺寸远大于标准化联轴器，故深入研究十字滑块联轴器在非标设计中的相关计算，对我厂设计、生产具有重要意义。十字滑块联轴器又称滑块联轴器，由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸牙的中间盘组成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。十字滑块联轴器示意图2.材料选择这种联轴器零件的材料一般选用45#钢，工作表面需要进行热处理，以提高其硬度。由于本例所涉联轴器为凿井绞车部件，具有载重大，转矩大，经常启停等特点。并且矿山机械对安全性能要求较高，一般选取较大安全系数。所以，为增强使用寿命和安全性能，本设计材料选取较45#钢性能更好的42CrMo。对于十字滑块联轴器，易损件为中间十字滑块，主要失效形式是疲劳失效。研究材料的抗疲劳性能时，其主要参考依据为S-N曲线，此曲线为材料固有属性曲线，获得方法一般有实验法、三参数法、四点法、斜率法等方法。在这些方法中，一般来说S-N曲线都与弹性模量，泊松比以及材料抗拉极限（或屈服极限）有关。42CrMo的屈服极限（930）和抗拉极限（1080）都比45#刚的屈服极限（355）和抗拉极限（600）要高出许多，而S-N曲线是一条近似对数的曲线，这一提升的效果是非常显著的。42CrMo S-N曲线（三参数插值法。）45#钢S-N曲线（三参数插值法）可以看出，更换材料后，材料的S-N曲线疲劳极限点提高了至少两个数量级，而且曲线更为平滑，这使得联轴器性能在疲劳寿命方面得到极大改善。3.经验公式核算对于标准十字滑块联轴器有如下经验公式：式中：P计算参数，对一般45#钢，P300即为合格。计算转矩 （单位：kgcm）D十字滑块外径d十字滑块内径h滑块有效接触长度本例以50吨凿井绞车为例进行计算：滚筒直径：2500mm钢丝绳直径：54mm缠绕层数：10层则：力臂：2500/2+54X10=1790mm拉力：50t=50000kg力矩：17950000=8950000主轴装置与中间轴之间传动比：155/19=8.158相关传动效率：轴承：0.98 开式齿轮：0.95解得计算力矩：1202456(kgcm)代入： =266.34.通过有限元法进行校核强度分析：由于整个模型属于对称结构，为节约计算时间，选取滑块一端进行计算，另一端固定。（结果如图）可以看到，最大应力点在滑块根部，为4.4Mpa，远小于42CrMo的屈服极限930Mpa。疲劳寿命分析：绞车联轴器经常要承受反向载荷，甚至冲击载荷，对其进行疲劳分析是十分必要的。由于本例疲劳破坏周期过大，通过软件得到最大寿命较为困难，故取100倍系数进行核算。校核结果：寿命最短处为145万次，最大寿命溢出。由于S-N曲线的对数特性，100倍系数下的疲劳寿命是一个