聯軸器的功率工況和彈性聯軸器中的設計加工

【一】、聯軸器的功率工況

彈性套柱銷聯軸器是聯接兩軸或軸和回轉件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉而不脫開的一種裝置。此外，聯軸器還能具有補償兩軸相對位移、緩沖和減振以及防護功能。

按照聯軸器的性能分類，聯軸器可分為剛性聯軸器和撓性聯軸器。剛性聯軸器或稱為固定式聯軸器，這種聯軸器雖然不具有補償功能，但有結構簡單、制造容易、不需要維護、成本低等特點；撓性聯軸器中又分為無彈性撓性聯軸器和帶彈性元件撓性聯軸器，前一類只具有補償兩軸相對位移的能力，后一類除具有補償性能外，還具有緩沖和減振作用，但在傳遞轉矩的能力上，因受彈性元件的強度限制，一般不及無彈性元件聯軸器。

聯軸器是機車驅動裝置的關鍵部件，隨著鐵路機車車輛運行速度的提高，對聯軸器的結構及性能提出了高的要求。自二十世紀六十年代中期以來，機車動車的運行速度大幅度提高，干線貨運機車的構造速度為120160km/h，干線客運機車的構造速度為1601--250km/h，高速動車組的構造速度為200~300km/h，個別型號動車己達350km/h。為滿足高速運行的經濟指標，機車動車的功率也不斷增大。三相異步交流電機在機車上的應用獲得成功，使每臺牽引電動機的功率由700~800kW增大到1200~1600kW。單電機轉向架問世后，組合傳動的牽引電動機，其功率就人了，如法國CC21000型電力機車，其牽引電動機的小時功率達3004kW。可見，傳動裝置為適應機車動車的需要而向高速、大功率發展成為必然的趨勢。

近幾年，我國軌道交通發展迅速，加快了機車車輛技術的發展。我國鐵路客運已實現六次大提速，時速160km/h以上的線路延展里程達到1.4萬公里，時速200km/h以上的線路延展里程達6003公里。重載運輸得到發展，大秦線路大量開行1萬噸和2萬噸重載組合列車，將實現年運量3.0億噸。

由此可以看出，隨著鐵路向著高速，重載的方向大力推進，大功率機車驅動技術是機車轉向架研究的要點，為了滿足鐵路發展的需要，機車驅動裝置滿足高轉速、大扭矩、大功率的性能要求，而其鍵部件聯軸器是驅動裝置的決定性因素，也是設計的難點。

在大功率機車的驅動系統中，聯軸器將電機的驅動力矩傳遞給主動齒輪。

聯軸器與主動齒輪軸之間依靠端齒傳遞力矩。在高速、重載大功率的工況下，對聯軸器提出了高的要求。要求聯軸器在及其有限的空間內實現高轉速運轉和大扭矩的傳遞。

為了解決上述問題，現代交流大功率機車的驅動系統普遍采用將電機和齒輪箱合成的整體驅動系統，其聯軸器采用膜片式彈性聯軸器，如HXD1B.HXD3B等機車。聯軸器的端齒齒形分布通常采用三種方式：十字型端齒，徑向端齒，圓弧端齒，三種方式的齒形斷面均為梯形。

在當前實際應用過程中，圓弧端齒主要有兩種形式，一種是每對嚙合的圓弧端齒盤分為凸齒元件和凹齒元件，另一種圓弧端齒是各圓弧端齒沿徑向方向齒廓線的方向相同。后一種圓滑端齒相對于前一種，具有結構簡單，制造方便等優點，可以采用成形杯形砂輪一次同時加工兩相鄰齒面，能夠較大的提高圓弧端齒的制造加工效率。

圓弧端齒相對于其它幾種齒形端面，則主要具有以下優點：高剛性，當齒與齒嚙合時，輪齒間接觸面是相當均勻連續的，而且齒盤有多少輪齒便有多少對齒接觸面，接觸面積大，因此齒盤就能承受較高的載荷而具有很高的剛性。

自動對心，由于端面弧齒盤的輪齒齒形由外向內沿其弧度均勻縮小，且輪齒以端齒盤的中心軸對稱。在各齒向心力的作用下，兩端齒盤實現自動對心。

此外，圓弧端齒彈性聯軸器較前兩種齒形具有結構緊湊、嚙合精度高、傳遞力矩大，并便于設計、制造、安裝等一系列優點。

因此，圓弧端齒彈性聯軸器應用于我國引進的和諧號大功率機車轉向架的驅動系統中。為地消化吸收驅動系統中圓弧形端齒彈性聯軸器的結構特性，需進行深入研究其設計機理和制造技術。

【二】、彈性聯軸器中的設計加工

由于設計、加工、裝配等的需要，一個完整的旋轉機械轉子系統通常是由兩個甚至三個以上的轉子連接而成。航空發動機結構十分復雜，是一種典型的旋轉機械，航空發動機上的轉子間連接多采用套齒花鍵結構。在設計聯軸器時先要確保能夠可靠地傳遞如扭矩、軸向力、徑向力等負荷，其次是應考慮被連接兩軸在不共軸時也能夠可靠工作，三是保證所有零件均能可靠地定中心和周向定位，具有良好的平衡性，并且拆裝方便。

在渦輪螺槳發動機中，兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接發動機輸出的動力軸和減速器的主動齒輪軸；在航空發動機零部件的臺架試驗中，常采用兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接動力輸出和試驗件轉子；在航空渦輪軸發動機整機臺架試驗中，也是采用這種形式連接發動機動力輸出軸和功率吸收裝置，起著傳遞功率的作用。這種連接結構允許被連接兩軸因剛性不足，加工誤差，裝配不善或有較大負荷作用以致二者同心度受影響時，發動機、減速器、動力裝置或者功率吸收裝置仍能可靠工作，因此常稱為彈性聯軸器。梅花型彈性聯軸器中的彈性軸一般是細長的空心軸，具有良好的彈性，在傳遞功率的同時，還能夠減弱減速器(增速箱)齒輪工作時角速度變化引起的扭轉振動，避免引起轉子的振動，在轉子負荷突然改變時也能夠起到緩沖的作用，以保護減速器或者動力輸出裝置。

除傳遞功率，角度補償是彈性聯軸器的另一重要功能，也是較能反映彈性聯軸器特點的功能。通過彈性聯軸器的角度補償作用能夠實現發動機與減速器、動力裝置或者功率吸收裝置之間的振動隔離。實現角度補償的關鍵結構是彈性聯軸器中的花鍵連接，通常的花鍵連接分為松動連接和緊度連接兩種，如果花鍵連接為松動連接，從理論上講，這種連接類似于鉸接形式，僅能傳遞扭矩而不能傳遞彎矩。在結構上一般是通過彈性軸兩端花鍵連接的嚙合側隙和安裝時確定的軸向位移量來實現這種松動連接，而且局限于被連接兩軸僅有小的相對彎轉變形的情況，松動連接可以補償被連接兩軸因制造、安裝以及承載變形與溫度變化等因素引起的徑向、角向和軸向位移。緊度連接的聯軸器通常稱為剛性聯軸器，如發動機中的壓氣機和渦輪轉子的連接以及盤與軸間的連接等，緊度連接也常用于套齒安裝齒輪或其它零件，一般不用在彈性聯軸器中。

松動連接和緊度連接在軸系彎曲動力特性計算中的模化有較大的不同。對于松動連接，正常工作狀態下的花鍵連接一般可簡化為“鉸接”式的計算模型，但由于實際工作的花鍵連接往往遭遇到存在較大相對彎轉變形的連接軸系，這時的花鍵連接便由原來的“鉸接”轉變為柔性連接。這樣，花鍵連接便成為一種非線性剛性的連接，其段剛性為零，而二段剛性一般需要通過試驗確定。采用了松動連接這種花鍵連接形式的彈性聯軸器在結構上保證連接軸系間只存在小的相對彎轉變形，當然也可以通過采用膜片(盤)、鼓形花鍵等結構使得允許的相對彎轉變形大。對于緊度花鍵連接，一般可直接簡化為柔性連接，其連接剛度與所用的緊度和結構尺寸等有關。

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