立式长轴泵用剖分式套筒联轴器的设计及强度计算

1、立式长轴泵用剖分式套筒联轴器的设计 及强度计算王新琴李正峰无锡商业职业技术学院机电技术学院摘要：为了解决立式长轴泵用套筒联轴器不易拆卸的问题，运用triz理论对其技术冲 突进行了分析，运用相关发明原理设计了径向尺寸小，易于拆卸的剖分式套筒 联轴器，并给出了强度计算公式，为剖分式套筒联轴器的标准化和系列化设计 提供了计算依据。关键词：立式长轴泵;剖分式套筒联轴器;强度计算;triz理论;作者简介：王新琴(1980-)，女，江苏漂阳人，硕士研究生，高校讲师，研究 方向：机械设计与制造，电子信箱:wangxinqinwxic. edu. cn.收稿日期:2017-05-23基金：江苏省普通高校科研成

2、果产业化推进项目(j11zd2012-24)design and strength calculation ofsplit sleeve coupling for vertical deep-well pumpwang xin-qin li zheng-fengcollege of mechatronics engineering, wuxiinstitute of commerce;abstract：in order to solve the disassembly difficulty of split sleeve coupling for vertical deep-well pump

3、, the technology conflicts are analyzed by using the theory of triz. according to related invention principles, one kind of split sleeve coupling is designed with the characteristics of small radial size and disassembly easiness, the articlc shows the reasonable design parameters by stress analysis

4、and st reng th calculation, providing calculation basis for the standardization and serialized design of split sleeve coupling.keyword：vertical deep-well pump; split sleeve coupling; strength calculation; triz theory;received： 2017-05-230引言立式长轴泵主要用于输送固体颗粒体积含量不超过10%的泥沙混合物、油污的循 环水及煤矿井下污水等，是一种节能环保的高效率提

5、升泵。立式长轴泵泵头在工 作时是淹埋在水下的，下泵深度一般为儿米，有的甚至达到十余米，因此考虑 到加工、运输等实际问题，一般都将泵轴分成几段，用套筒联轴器将各段连接起 来，分为电机轴（连接电机）、叶轮轴（安装叶轮）、传动轴（电机轴与叶轮轴 z间）三部分。传动轴z间一般采用套筒联轴器连接。套筒联轴器具有制造容易、 结构简单、径向尺寸小等优点，能够保证各段轴同心，从而有效传递运动和动 力。但是，套筒联轴器与轴的配合间隙很小，一般为h7/h6,加上长期淹埋水下工 作，容易产生锈蚀等原因，使得拆卸非常困难，维修吋其至需采用气割、锤击等 方法破坏套筒联轴器，有时还会损坏传动轴，不但维修周期长，维修成本高

6、， 而且工人劳动强度大。针对套筒联轴器维修不便这一问题，本文试运用tr1z理 论进行分析并给出解决方案。1 triz的主要理论与方法triz是俄文“发明问题解决理论”的词头，是由前苏联发明家根里奇阿奇舒 勒领导的研究机构提出的。该机构在分析了全世界近250万件发明专利的基础上, 综合多学科领域的原理和法则，形成了这一发明问题的解决理论和方法。triz理论的核心内容包括9个部分，其中最有效的解决技术冲突的工具是由39 个通用工程参数和40条发明原理组成的冲突解决矩阵。发明问题解决过程如图1所示。首先把特定技术的问题抽象成为用39个通用工 程参数描述的一般问题，确定技术冲突，然后查找冲突解决矩阵，

7、得到可用的 发明原理，获得一般解;最后根据发明原理和对应发明专利的启发，结合设计者 的经验和灵感得到解决特定问题的具体方案，即特定解。图1发明问题解决过程 下载原图2套筒联轴器的技术冲突分析及改进方案首先分析套筒联轴器存在的技术冲突问题。技术冲突就是技术系统屮某个参数或 特性的改善会引起另一个参数或特性的恶化。经过分析，保留套筒联轴器现有优 点，而使套筒联轴器又便于拆卸，带来的问题可能会增加制造难度。即套筒联轴 器存在可维修性与可制造性之间的技术冲突，其中改善参数为可维修性，恶化 参数为可制造性。根据triz冲突矩阵表，构建套筒联轴器技术冲突矩阵分析表，如表1所示。表1套筒联轴器技术冲突矩阵分

8、析表下载原表并不是表1中所有发明原理都能用于解决本文提岀的的问题，应仔细分析各个 发明原理的可用性，然后确定待用的发明原理。由第1条分割原理启示，设想将 套筒剖分为可组装成一体的两部分，在保证轴的同轴度的同时又能有效传递扭 矩，拆卸快捷、使用方便。用线切割的方法将套筒沿轴向分割，切缝为0. to. 3 mma第10条预先作用原理:在操作开始前，使物体局部或全部产生所需的变化，预 先对物体进行特殊安排，使其在时间上有准备或已处于易操作的位置。于是设想 沿着轴向剖分套筒时，并不是简单地剖成一条直线，而是剖成一条折线，即可 以准确定位，乂可以承受轴向力。如上所述，运用triz理论己成功完成了剖分式套

9、筒联轴器的设计，其结构如图 2所示。剖分式套筒联轴器与轴颈的配合公差仍为h7/h6o剖分后用带螺纹的圆 锥销锁紧，以达到有效消除联轴器与轴颈z间配合间隙的目的，并使z最终趋 于0,从而保证传动轴具有良好的对中性和刚性，能够保证泵的平稳运行。3剖分式套筒联轴器的强度计算整体套筒相当于承受扭矩作用的空心轴，横截面上分布着切应力，而剖分后的 套筒则需要根据弹性力学进行计算。可以把半个套筒看作是开口薄壁杆件，弹性 力学薄膜比拟理论认为，只要窄条形截面具有相同的长度和宽度，不管是曲线 还是直线，则2个杆件横截面切应力相差不大。最大切应力发生在狭条形长边的中点处，其计算公式为式中作用于窄条形截面上的扭矩；

10、a窄条形的长度；b窄条形的宽度。对于本文，（相当于半圆环壁厚），（相当于半圆环周长）。半圆环截面只承担一半的传递扭矩，即（t为传动轴上的传递扭矩）。根据式（1）,其强度条件可表示为式中门套筒的许用应力，一般套筒用35钢制造。虽然剖分后的套筒最大切应力要大于整体式套筒的最大切应力，但是，套筒联 轴器一般按照机械设计手册给出的标准设计，其套筒壁厚取决于圆锥销与管壁 之间的挤压应力，而不是承受扭矩作用产生的切应力，就是说，其套筒的剪切 强度是富裕的。用式（2）对标准套筒联轴器的尺寸进行验算，基本都能能满足 剪切强度要求。4结语经某炼轧厂实践证明，采用剖分式套筒联轴器的立式长轴泵使用效果十分理想。 拆卸方便、快捷，维护简单，效率提高23倍，由于维修时不会造成套筒及传动 轴的损伤，因此有效减少了备件数量，降低了牛产成木，提高了平均无故障工 作时间。参考文献1 赵振朝，闫长征，赵登山，等立式长轴泵套筒联轴器的改进j河南冶金