浅谈轴与轴联接在生产中的研究和改进设计

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薛睿斌 ：浅谈轴与轴联接在生产中的研究和改进设计浅谈轴与轴联接在生产中的研究和改进设计薛睿斌(山西长城微光器材股份有限公司，山西 太原 030032)摘 要：轴与轴间或轴与其他回转零件之间的联接机构，主要用于完成动力传输或气压的传递，但由于设计缺陷或其他原因，经常会出现故障、运行不稳定等问题，造成维修费用增加。结合实际生产中轴与轴之间的联接，对其中的刚性联轴器和旋转接头两种联接形式进行研究分析，根据实际工作情况及经验对其进行了改进和设计，制作样件安装到设备上。通过一段时间的生产应用和验证，最终证明改进后的机构使用效果良好、寿命长、设备运行可靠，能够保证正常的生产。

关键词：联轴器；联接；旋转接头；研究与设计中图分类号：TH131．9；TH133．2 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2013)18-0035-03在日常的实际生产过程中，最常遇到的轴与轴(或轴与其他回转零件 )之间的联接形式主要有两类 ：一类是轴与轴之间完成动力的传输、接合、分离和制动的功能，主要装置包括联轴器、离合器和制动器 ，在此主要对联轴器(装置)进行研究；另一类是在相对旋转的轴与轴之间气压的传输(或负压传递)，主要装置是旋转接头。本文分别对刚性联轴器和旋转接头进行研究和改进设计。

1 刚性联轴器(装置)的研究与改进设计联轴器是机器传动中常用的部件，用来联接轴与轴(或轴与其他回转零件)以传递运动和转矩，有时也可用作安全装置。我们主要对固定式刚性联轴器中的套筒式联轴器进行研究和改进设计。

1．1 套筒式联轴器套筒式联轴器主要由套筒和销(见图 1)或套筒与键组成(见图2)，前者传递的转矩较小。套筒式联轴器适用于两轴同心度要求高、工作平稳、无冲击载荷情形且经常正反转的情况。由于径向尺寸较小，套筒式联轴器在机床中应用较广。

一 一 图 1 套筒联轴器(套筒和销) 图 2 套简联轴器(套筒和键 )1．2 套筒式联轴器在实际中的应用及问题以山西长城微光器材股份有限公司自制的设备芯棒抛光机为例进行说明，该抛光机采用图3所示的套筒和销的联轴器，主动轴为变速箱(减速箱)主轴，从动轴约为1 1TI多长的丝杠轴。主图3 抛光机工作示意图要工作原理为：电机带动变速箱主轴正反转，通过联轴器联接丝杠轴，丝杠轴正反转使得套在丝杠上的工作滑块能够左右移动。

1．2．1 存在的问题因为抛光机工作滑块部位是使用 Fe 0，作为研磨料进行抛光的，工作条件相对较差，所以从动丝杠轴的工作负荷较大。加之丝杠轴正反转 1个周期需4 s左右，比较频繁，所以在此机构中存在的缺陷和最容易损坏的部位有：①变速箱主轴和丝杠轴同心度不好，安装误差加大。②变速箱主轴轴头锥销孔变大变形，且锥销孔处极易断裂。③丝杠轴轴头锥销孔变大变形，且锥销孔处极易断裂。④变速箱主轴轴头和丝杠轴轴头的锥销孔变形，剪切冲击力增大，锥销极易脱落或断裂。⑤变速箱主轴轴头、丝杠轴轴头和套筒间磨损后，配合间隙增大。

综上所述，此机构运行寿命有限，需要经常维修，通常使用不到 1个月就需要再次维修，而且在实际的维修中也存在诸多问题。维修办法一：制作加工新的轴，新增制作费用，而且长约1 m的丝杠轴加工制作费用较高，加工周期较长，影响正常生产。维修办法二：不制作新轴，切断丝杠轴采轴头后，焊接新的轴头，此办法2次加工精度不高，使用寿命难以保证。

我们也使用过套筒与键组成的套筒式联轴器，但同样存在变速箱主轴和丝杠轴轴头断裂、轴头和套筒键槽损坏、键损坏等问题。

1．3 研究并设计新的联轴器一 种全新的联轴器结构 ，其研究和设计细节如下。

1．3．1 设计思路设计新结构轴联接系统的关键点：①解决变速箱主轴和丝杠轴轴头易断裂的问题。②解决变速箱主轴和丝杠轴的轴向和径向的定位与调整问题。

1．3．2 设计结构及机理为解决 1．3．1所述的两个问题 ，通过改进设计用以解决上述问题。示意图如图 4、图 5所示。

1．3．2．1 设计结构一变速箱主轴轴头和丝杠轴轴头均设计为花键，并用花键套筒联接，两轴间留有 8的间隙，套筒与丝杠主轴轴头靠顶丝孔的顶丝定位，如图4所示(图中自左向右进行说明)。

机理：花键采用 GB／T 1144-2001矩形花键 的中系列，规格一 35—科学之友 Friend of Science Amateurs 201 3年09月图 4 改进设计轴与轴联接结构示意图为6×18 X 22 X 5，套简长度 ，J为 120 lnm，2个轴头与套简花键的有效联接接触部位 L 和L 的长度均大于 50 Into，这样便有效保证了两轴头间转矩的可靠传递，确保了花键的使用寿命，间隙 8保让两轴头安装的轴向调整。

1．3．2．2 设计结构二把丝杠轴主动设汁成两段结构：丝杠轴联接轴头和丝杠轴 ，通过莫氏 3#锥度联接，并有法兰紧固(通过 6个连接孔用 M5螺栓紧同)，如图4所示。

机理：把丝 轴主动设计为两段结构，主要是考虑到花键长H,tf,J正反转磨损或损坏后，只需要拆卸下丝杠轴轴头部件进行更换即可，不会损坏到丝杠轴本身，这样便大大降低了丝杠轴的维修费用和周期。通过莫氏 3#的锥柄、锥套联接和法兰紧固的联接方式也能有效保证转矩的传递。

1．3．2．3 设汁结构_三为图 3所示的变速箱设计更换安装托板，安装托板上所有安装过孑L均为长孑L，安 装 时 可 以实现 左l右一 下的凋整(如图5所示 )，这样可以有效解决变速箱主轴和丝札轴的径向定位与调整问题通过以上改进设计，加工制作的新的图5 变速箱安装托板联接机构 ，使用寿命大大提高，第 1套试验机构已使用超过 1年．设备运转正常，未m现任何故障，可以基本判定此机构适用于实际生产。

2 旋转接头的研究与改进设计在相对旋转的轴与轴(或轴 与其他回转零件)之间气压传输(或负 传递 )的主要厅式是旋转接头。旋转接头是机器气动机构lI1常用的元件、轴与轴通过旋转接头联接时，既要保证轴间的轴向位置．也要保证轴问的径向位置 ．同时还要完成气压的传输(或负压传递 )，并保证传输效率大于 85％．通过轴与旋转接头间软管的过渡联接，也可达到轴问气压的非直线传输。

2．1 旋转接头的工作原理旋转接头的应厢主要针对实际生产中的单轴机负压传递进行说明 实现联接的方式如图 6所示，真空泵与旋转接头通过联接僻联接(也可通过软管联接，实现负压的非直线传递)，旋转接头 设备的旋转一l 作轴通过密封管螺纹联接 ．卡具与旋转工作主轴联接。以上所有联接件及部件均具有中空通道 ，真空泵工作产 负 ，通过一系列的通道联接，最终在旋转T作主轴的卡具一 36一I州囱·峨 附n图6 旋转接头工作示意图产生口及附力，使工件牢靠吸附在设备的卡具上。

在图 6所示的负压传递系统中，旋转接头是一个重要的部件，设备主轴是高速旋转状态(1 000 r／rain)，而真空泵和联接管则静止不旋转，旋转接头的功用是既要确保负压的有效传递，还要保证整个设备主轴的旋转工作。

2_2 旋转接头的研究与设计我们所使用的单轴机为自制设备，在市场上买到的旋转接头标准件不能很好地匹配，而且在实际生产T作中使用的会在卡具口被大量吸入真空管路 ，对各部件磨损较大，尤其是容易导致旋转接头磨损漏气或刺入金刚砂不能旋转。

购买的标准件很多为塑料(或非金属 )制件 ，损坏后基本不能维修 ，更换费用也较高，因此，我们 自主设计了旋转接头以取代外购件，设计的结构原理如罔7所示。

进图7 旋转接头结构示意图2．2．1 设计旋转接头的基本原理自主设计的旋转接头主要由壳体、旋转主轴、挡盖、橡胶密封垫和轴承组成，此机构主要功能是在旋转主轴旋转(与设备主轴联接并同步旋转 )且其他部件静止(包括壳体和挡盖 ，相对设备静止)的T作状态下 ．通过中心通道确保负压从“进”口到“出”口的有效传递。

安装的 3件轴承采用带密封盖的深沟球轴承，主要功能是完成旋转主轴和壳体间的相对旋转，关键是阻隔空腔①、②、③间气流的相互泄露，最终保证空腔①中的负压，确保负压在管路中的有效传递。如图 7所示。

设计此结构旋转接头的主要优点有：传递效率高于 85％；在使用过程中，空腔①中会沉积一定量的金刚砂等杂质，定期打开挡盖—— I进行清理 ；使用磨损后，转动就会不灵活，此结构易拆卸。清洗后可随时更换轴承或易损部件，可冉次使用 ；此T装制造工艺简单，制造费用较低。

通过一段时间的试用，证明其工作可靠且寿命较长，适用于实际生产，现已开始批量使用。

参考文献：【11杨秀山，范文耀．机械设计lM】．太原 ：山西高校联合 出版社 ．1992.

作者简介：薛睿斌 ，男，1975年 1{]月出生，山西运城人，2005年毕业于中北大学电子信息工程学院，工程师。

(编辑：郝丽霞)李晓玲 供热机组中吸收式热泵的应用分析供热机组中吸收式热泵的应用分析李晓玲(山西省太原市西山煤电集团西山公用事业分公司热力中心，山西 太原 030053)摘 要：要评价吸收式热泵在热机组 中的作用与地位 ，可通过建立吸收式热泵在热机组上的应用模型进行分析，所用的方法主要是计算模型的节能情况。以某300MW供热机组为例，进行了热机工作过程中吸收式热泵节能的计算与分析，研究结果显示，某300 MW供热机组安装了吸收式热泵以后，整体的节能效果更为良好，并且还可以有效地减少油耗，增加汽轮机的发电量。实践表明，在相同的供热条件下，利用吸收式热泵可以有效地减少抽汽量，进而减小能耗。

关键词：吸收式热泵；供热机组 ；应用；节能效果中图分类号：TM621．4 文献标识码：A 文章编号：1000—8136(2013)18-0037-02近年来 ，我国的煤炭价格一路高涨，导致国家对于节能减排政策的实施越来越严格，这使得各个发电厂将降低煤耗作为生产的首要目标来看待 。为了有效地降低发电厂运行过程中的煤耗，各种新型技术都被应用于发电厂的生产中，其中吸收式热泵技术的使用已越来越广泛。吸收式空调机组 最初是作为制冷机组而被应用于火力发电厂中，主要是利用锅炉的热量进行电能转换，形成吸收式空调机组的功能[5-61服务能量 ，该机组又可以在冬季进行供热使用，因此，吸收式热泵在火力发电机组中的应用越来越广泛。

从表面上看，采用吸收式热泵可以大幅增加供热机组的供热能力，但其实吸收式热泵的节能本质在于降低了由于供热机组之间参数差异导致的熵增，进而使蒸汽做功的损失变小。通过研究发现，衡量吸收式热泵的节能效益是以计算吸收式热泵的实际吸收热量为基础的，然后将热量折算成标准煤，煤的品质不同会导致折算的结果出现差异。针对上述问题，本文以300 MW供热机组为例进行计算，给出了系统的实际节能效益计算方法，这为评价该技术的实际应用效果提供了相关理论依据。

1 计算模型吸收式热泵技术的供热机组系统的计算模型主要是以汽轮机的某级抽汽作为驱动热源，某级排汽作为驱动冷源，提供发电机组热网以温度适宜的热水。当然，吸收式热泵的自身冷源也是通过循环水进行提供。

’现假设固定机组的抽汽点为 1，抽汽处的蒸汽熵值为 ，同时假设系统的供热量 Q，凝结水熵值 ，根据熵的相关定理，可以得出供热机组的抽汽量为：、m1=Ql(h1-h 1)． (1)安装吸收式热泵以后，由于热泵存在，使得供热机组之间参数差异导致的熵增减少，进而使蒸汽做功的损失变小，因此，假设吸收式热泵的制热效率为 s，因此可以计算出驱动热量如下：Q =Q／8． (2)驱动热量发生了改变，但是凝结水的熵值依然不变，那么就必然会导致抽汽量减小。

=Q ／( 一h )． (3)显然，由于安装了吸收式热泵，使得汽轮机的抽汽量变小，这样就节省了抽汽量。由上述可知，节省的抽汽量为：m3=ml—m2． (4)所节省的抽汽量在汽轮机中可以继续维持做功，输出的功率为：W=m，( ～h，)． (5)式中h。表示的是汽轮机的排汽焓值。

假设汽轮机的低压缸的末级效率为 ，那么就可以得出有效的输出功率为：W=rlm3( I-h3 )． (6)其中， 表示的是汽轮机等熵膨胀过程中的排汽焓值。

供热量相同的发电机组中，安装吸收式热泵后，热泵从汽轮Between Shaft and Shaft Coupling Research in Production and Improve theDesign×ue RuibinAbstract：The shaft and the shaft or coupling mechanism between shaft and other rotating parts，mainly used to accomplish the transmission ofpower transmission or pressure，but as a result of design flaws or other reasons，often appear fault，the problem such as rln unstable，causing in--creased maintenance costs．Combined with practical production the connection between axis and axis，on one of the two kinds of rigid coupling andmtary joint connection form for this paper，according to the actual working situation and experience，to the design aIld improvement on the produc-tion samples are instaled on the device．After a period of production application dnd verification，proved the improved agencies use efect is good，long service life，reliable operation，to ensure norm al production.

Key words：coupling；connection；rotary joints；research and design一 37—