立式電機(jī)液壓泵的聯(lián)軸器同軸度問(wèn)題分析與改進(jìn)

王 君

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253000）

0 引言

聯(lián)軸器俗稱靠背輪或?qū)啠怯脕?lái)連接主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的一種特殊裝置。在軸系連接設(shè)計(jì)中，保證聯(lián)軸器前后軸的同軸度是非常重要的指標(biāo)。同軸度是指兩個(gè)相互連接的軸線同軸的程度，其誤差值是以與基準(zhǔn)軸線同軸的軸線為定位基準(zhǔn)軸線。同軸度誤差是反映在橫截面上的圓心的不同心，聯(lián)軸器的同軸度需要控制兩軸的軸心之間同軸誤差。軸系中的同軸度誤差過(guò)大將會(huì)在軸和聯(lián)軸器中引起較大的應(yīng)力，并將嚴(yán)重影響到軸、軸承和軸上其他零件的正常工作，甚至?xí)鹫_(tái)及其和基礎(chǔ)的振動(dòng)和損壞事故[1]。所以針對(duì)立式電機(jī)安裝的聯(lián)軸器同軸度問(wèn)題，在支架結(jié)構(gòu)、定位面、定位精度以及相關(guān)零部件的選取方面做了分析和調(diào)整。并按照調(diào)整后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配和試運(yùn)行，有效地提高了設(shè)備的同軸度，進(jìn)而防止液壓油的外泄，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，提高了未來(lái)液壓泵的更廣泛應(yīng)用。

1 現(xiàn)有安裝方式

以蝸輪蝸桿傳動(dòng)液壓泵立式安裝電機(jī)為例，電機(jī)豎直安裝在液壓泵的上面，通過(guò)梅花聯(lián)軸器連接電機(jī)軸和液壓泵軸[2]。梅花聯(lián)軸器如圖1所示。

圖1 梅花聯(lián)軸器

梅花聯(lián)軸器中間帶有彈性體，具有良好的減振、緩沖和電氣絕緣性能，同時(shí)也具有較大的軸向、徑向和角向補(bǔ)償能力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。液壓泵外殼與電機(jī)之間由立式電機(jī)支架器連接，電機(jī)軸與液壓泵蝸桿軸之間由梅花聯(lián)軸器安裝。同時(shí)為了防止泵內(nèi)的油液泄露，在蝸桿軸上安裝油封，油封靠油封支架來(lái)固定[3]。如圖2所示。

圖2 聯(lián)軸器裝配圖

立式電機(jī)支架設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)控制配合面的同軸度來(lái)控制立式電機(jī)支架的不對(duì)中問(wèn)題。以流量為5000 g/min的液壓泵為例，連接電機(jī)和液壓泵的立式電機(jī)支架的加工尤為重要，電機(jī)支架的配合尺寸的加工要求如下：

（1）立式電機(jī)支架的加工尺寸：電機(jī)支架與泵殼之間靠止口定位，所以電機(jī)支架的上定位止口和下定位臺(tái)階的同周報(bào)要保證在0.05 mm內(nèi)，所以電機(jī)支架的下定位臺(tái)階的加工要以其上定位止口的為基準(zhǔn)進(jìn)行加工。

（2）泵殼加工尺寸：為保證泵殼上遠(yuǎn)離電機(jī)一側(cè)的軸承孔同軸度在0.05 mm內(nèi)，其加工尺寸應(yīng)以靠近電機(jī)側(cè)的圓錐滾子軸承孔為準(zhǔn)。

如圖2所示，立式電機(jī)支架設(shè)計(jì)成上方是止口，下方是定位臺(tái)階的形式。安裝時(shí)上止口與電機(jī)的定位臺(tái)階相互配合，下定位臺(tái)階與泵殼的止口相互配合，這樣可以更有效地保證電機(jī)軸與液壓泵蝸桿軸之間的同軸度。

各相互配合的尺寸為：

（3）油封支架外形如圖3所示。

圖3 油封支架

2 存在弊端以及問(wèn)題

按照上述方式加工的零件配合之后在工作前期會(huì)出現(xiàn)聯(lián)軸器異響及油封漏油的現(xiàn)象，在工作一段時(shí)間之后出現(xiàn)梅花聯(lián)軸器膠合以及斷裂的現(xiàn)象。同時(shí)由于電機(jī)支架之間密封墊片老化之后存在清理不徹底的情況，導(dǎo)致后續(xù)電機(jī)支架安裝平整度不符合要求，同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備不夠，無(wú)法測(cè)量。電機(jī)支架下臺(tái)階與泵殼止口之間的配合尺寸為80 mm，止口深度為2 mm，相對(duì)于整體支架尺寸來(lái)說(shuō)偏大，安裝時(shí)易發(fā)生支架不能準(zhǔn)確裝入泵殼止口的情況，導(dǎo)致支架有翹曲的現(xiàn)象，影響設(shè)備的同軸度[4，5]。對(duì)于示例液壓泵的具體問(wèn)題如下：

（1）在設(shè)計(jì)圖紙中，泵殼止口與立式電機(jī)支架臺(tái)階的配合未規(guī)定同軸度，這種情況易導(dǎo)致電機(jī)軸和蝸桿軸不同軸的問(wèn)題，從而出現(xiàn)聯(lián)軸器內(nèi)部有異響并且容易損壞的狀況出現(xiàn)。

（2）生產(chǎn)過(guò)程中正常維護(hù)維修的一些液壓泵，因?yàn)椴僮鞑划?dāng)泵殼與立式電機(jī)支架之間的舊墊片沒(méi)有清理干凈，導(dǎo)致立式電機(jī)支架安裝不平，出現(xiàn)翹起的現(xiàn)象，同樣也會(huì)影響蝸桿軸和電機(jī)軸之間的同軸度。

（3）電機(jī)支架止口的直徑做得過(guò)大，使立式電機(jī)支架不易完全地裝配進(jìn)泵殼，導(dǎo)致電機(jī)支架出現(xiàn)翹起的現(xiàn)象。

（4）立式電機(jī)支架分別與泵殼和電機(jī)的配合同軸度加工無(wú)法達(dá)到要求，使設(shè)備出現(xiàn)異響和聯(lián)軸器破壞的現(xiàn)象。

（5）由于電機(jī)軸和蝸桿軸不同軸的問(wèn)題，泵內(nèi)的軸承容易發(fā)生損壞，從而污染泵內(nèi)的液壓油，進(jìn)一步破壞設(shè)備內(nèi)部其他重要零部件。

（6）泵殼內(nèi)部安裝軸承的軸承孔存在同軸度不滿足要求的現(xiàn)象。

（7）聯(lián)軸器安裝不正后導(dǎo)致軸承發(fā)生損壞。

（8）油封支架安裝間隙變量較大。

通過(guò)分析聯(lián)軸器的安裝和加工對(duì)設(shè)備所帶來(lái)的問(wèn)題，找出調(diào)整聯(lián)軸器同軸度的方式，可以得出影響立式聯(lián)軸器同軸度的主要因素有立式電機(jī)支架的加工精度和安裝工藝，以及各配合尺寸的形位公差的確定，同時(shí)還受生產(chǎn)安裝是否合規(guī)的影響[6]。首先從聯(lián)軸器的選型開(kāi)始，調(diào)節(jié)合適的加工工藝，改變安裝方式，盡量避免因?yàn)楣に噯?wèn)題所帶來(lái)的不良后果。

3 聯(lián)軸器選型

聯(lián)軸器的類型有很多，根據(jù)其內(nèi)部是否包含彈性元件，可以劃分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器由剛性傳力件組成，又可分為固定式和可移動(dòng)式兩類。固定式剛性聯(lián)軸器不能補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移，可移式剛性聯(lián)軸器能補(bǔ)償兩周的相對(duì)位移[7]。彈性聯(lián)軸器包含有彈性元件，能補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移，并具有吸收震動(dòng)和緩和沖擊的能力，故應(yīng)用十分廣泛。最為常見(jiàn)的彈性聯(lián)軸器為彈性圓柱銷聯(lián)軸器、輪胎聯(lián)軸器及梅花形彈性聯(lián)軸器。彈性圓柱銷聯(lián)軸器與凸緣聯(lián)軸器類似，只是用套有彈性圈的注銷代替了連接螺栓；并且其他的彈性聯(lián)軸器的連接體部分都是有柔性材料組成。對(duì)于小型立式電機(jī)安裝來(lái)說(shuō)，優(yōu)先選用梅花聯(lián)軸器[8]。

梅花形彈性聯(lián)軸器具有高彈性，較好的阻尼減震特性，可以吸收和降低動(dòng)力裝置輸出轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，并且梅花形聯(lián)軸器無(wú)需潤(rùn)滑，維護(hù)工作量較少，可以連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行[9]。根據(jù)所列液壓泵的尺寸，內(nèi)部的蝸桿直徑為?20 mm，安裝方位為豎直安裝。根據(jù)梅花聯(lián)軸器廠家提供的數(shù)據(jù)，20 mm范圍內(nèi)的梅花聯(lián)軸器的同軸度要求為±0.02 mm。

根據(jù)要求現(xiàn)將聯(lián)軸器相關(guān)部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行如下更改。

4 針對(duì)問(wèn)題采取的措施

（1）油封支架結(jié)構(gòu)的更改

根據(jù)問(wèn)題描述，把油封支架進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的支架如圖4所示。

圖4 油封支架結(jié)構(gòu)圖

在油封支架上增加直徑為?60 mm，厚度2 mm的臺(tái)階。油封支架通過(guò)螺紋固定在泵體上，增設(shè)臺(tái)階使其安裝松緊度靠機(jī)加工精度保證，不用工人擰緊力度保證，增加了安裝的牢固性和可靠性。以螺紋面M56×2尺寸為基準(zhǔn)，如圖增設(shè)圓柱面?50.5±0.01 mm

（2）更改電機(jī)支架的設(shè)計(jì)

更改電機(jī)支架的設(shè)計(jì)，如圖5所示。

圖5 電機(jī)支架結(jié)構(gòu)圖

電機(jī)支架通過(guò)油封支架進(jìn)行徑向和軸向定位。刪除電機(jī)支架與泵殼的下定位臺(tái)階，由油封支架外圓柱面?50.5±0.01 mm與mm電機(jī)支架進(jìn)行徑向定位。電機(jī)支架的同軸度mm和mm同軸度保證在0.02 mm內(nèi)。

（3）對(duì)于同軸度要求在0.02 mm以內(nèi)的加工部位，在機(jī)床上加工時(shí)，要選擇恰當(dāng)?shù)难b夾部位，使有同軸度要求的加工面一次性加工完畢，不可再換位裝夾，以免出現(xiàn)裝夾不嚴(yán)格導(dǎo)致同軸度出現(xiàn)誤差過(guò)大的情況出現(xiàn)[10]。

（4）取消立式電機(jī)支架與泵殼之間安裝墊片的使用。

除了對(duì)泵體結(jié)構(gòu)的加工進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。例如監(jiān)測(cè)液壓油的性能狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)油液性能不滿足液壓泵的運(yùn)行要求時(shí)，要及時(shí)更換油液。另外把蝸桿軸上下的同軸度尺寸列入零件質(zhì)量的重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。同時(shí)安裝時(shí)要避免暴力安裝，嚴(yán)格按照安裝工序工藝進(jìn)行，保證梅花聯(lián)軸器，立式電機(jī)支架，蝸桿軸等裝正到位[11]。

更改后的立式電機(jī)液壓泵聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 更改后聯(lián)軸器安裝圖

通過(guò)對(duì)液壓泵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，大大改進(jìn)了零部件的加工效率，同時(shí)也避免了因?yàn)榧庸すに噹?lái)的尺寸精度不符合要求的問(wèn)題出現(xiàn)。裝配過(guò)程也更簡(jiǎn)便，提高了工人的工作效率[12]。結(jié)構(gòu)改進(jìn)之后，對(duì)液壓泵進(jìn)行相應(yīng)的試運(yùn)行，試運(yùn)行過(guò)程對(duì)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，其因同軸度不符帶來(lái)的問(wèn)題得到了相應(yīng)的改觀，提高了設(shè)備的運(yùn)行精度，壽命得到了延長(zhǎng)[13]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)立式電機(jī)液壓泵的聯(lián)軸器同軸度問(wèn)題的分析，可以發(fā)現(xiàn)立式電機(jī)支架和油封支架的安裝面加工精度是影響立式聯(lián)軸器安裝同軸度的最主要的原因。經(jīng)過(guò)技術(shù)分析，對(duì)相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)加工和安裝兩方面存在的問(wèn)題對(duì)立式電機(jī)支架、油封支架以及泵殼等部件都做了調(diào)整改進(jìn)。并且通過(guò)對(duì)新型結(jié)構(gòu)的液壓泵進(jìn)行試運(yùn)行可以發(fā)現(xiàn)，上述結(jié)構(gòu)和尺寸的改進(jìn)是切實(shí)可行的，同時(shí)調(diào)整后的對(duì)中準(zhǔn)確性以及工作效率得到了很大的提高[14]。

液壓泵應(yīng)用廣泛，如龍門(mén)刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、船舶上得到廣泛的應(yīng)用[15]。立式電機(jī)液壓泵轉(zhuǎn)速快，對(duì)同軸度要求高。經(jīng)過(guò)分析相關(guān)問(wèn)題并做出來(lái)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，使結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的液壓泵使用情況良好，并保證了液壓泵可以在額定工況下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。