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上海水泵集团技术之泵的联轴器

联轴器用于连接原动机和从动机,它的主要用途是传递设备之间的旋转运动和转矩。联轴器还有其它作用,如适应轴之间的不对心度;传递机器之间的轴向负载;补偿轴的磨损和维持主、从动轴之间的同心度。

刚性联轴器   刚性联轴器用于联接同心度要求很高的轴,也常用在一个转子支承另一个转子的转动系统上。这种联轴器不能适应不对心的轴,所以使用这种联轴器的轴在安装时必须具有精密的同心度。

刚性联轴器有两种常用的类型:第一种有两个刚性法兰,分装于所要联接的轴上,通过连接螺钉将两半联轴器的法兰联起来。联轴器完全靠两个法兰面的摩擦力传递转矩,而不需使法兰螺钉受剪切应力,因此特别适用于转矩交变的传动系统上。

第二种是分瓣式刚性联轴器,它是沿水平中心线分瓣的结构,两瓣联轴器用一组螺钉沿线分布拧紧。在联轴器和轴上要加工常见的键槽,通过键或者靠夹紧力在联轴器和轴之间形成足够的摩擦力来传递转矩。这种联轴器常用在天轴传动系统中。

还有一种变化了的法兰联轴器,称为可调节的刚性联轴器。在两个法兰之间有一个带螺纹的调节环,这个环拧在一个有螺纹的轴端上,利用它可使泵轴作轴向移动。

刚性联轴器最常用在原动机(一般为电动机)布置在泵上面作垂直传动的水泵装置上,在这种情况下,两者的轴向负载可以共同由装在电动机上的止推轴承承受,联轴器的法兰螺钉必须能传递水泵引起的向下的轴向力。如在使用中泵产生指向电动机的轴向力,则在轴端应有凸肩,起传递轴向力的作用。

许多使用刚性联轴器的泵传动系统需要它能作轴向调节,以补偿泵或叶轮间的磨损。泵轴端延伸部分有螺纹,旋动螺纹调节环就可以使叶轮上下移动,改变位置。联轴器轮壳与轴必须用有间隙的滑键配合,以便调节时轮壳可相对于轴而滑动。这种联轴器传递转矩的能力完全受限于作用在键上压力的大小,因为不可能用紧配合来传递负载。

再谈一些在使用刚性联轴器时应注意的事项。第一,由于这种联轴器没有弹性,不适应轴之间有不对心度,所以必须使用精密对心的轴承。第二,联轴器轮壳与主动轴,从动轴配合的内孔加工必须具有高级同心度和垂直度。要避免偏心的运动。

弹性联轴器   弹性联轴器和其它联轴器一样,主要作用是在原动机和从动机之间传递转矩,但这种联轴器还有一个很主要的功能:它能适应两根轴之间难免的不对心现象。现有的弹性联轴器可以分成两种类型:机械的弹性联轴器和用弹性材料制成的联轴器。

机械弹性联轴器:在设计这种联轴器时,留有一定的间隙,以补偿两联结轴之间的不对心度。最为常用的是齿型或牙型联轴器。这种联轴器基本上包括两副有配合间隙的齿轮,最常用的结构是在两个轴上装着有外齿的轮壳,外套配对的内齿的套筒。利用内外齿轮之间的间隙补偿轴的不对心。这种联轴器有滑移运动,所以必须供给干净的润滑剂(根据设计,可用油脂或稀油),以防摩擦面磨损。

如果给联轴器加油时不允许停机,则可将用结构来润滑联轴器。它是由一个不漏油的封闭外壳组成,一端固定在主动或从动设备的不动部件上,另一端有防止漏油的填料装置,通过滑动配合,与一个固定在另一部件上的滑套配合。油在压力下注入外壳而进入联轴器啮合的齿上,过量的油汇集于外壳底部流回油箱。

另一种为滚链弹性联轴器,这是在低速传动系统上常见的机械弹性联轴器,它是由两个类似链轮的零件分别装在两根联结的轴上,中间用滚筒链联接,利用链子与链轮的间隙适应轴的错位。这种联轴器一般限用于低速的机械。

弹性材料联轴器:它是利用联轴器零件的弹性来补偿轴的错位。弹性零件必须用具有一定抗疲劳能力的材料(金属、人造橡胶或塑料)制成,以保证使用寿命。有些材料(如钢)具有一定的疲劳极限,因而用这种材料制成的联轴器在传递负载和补偿错位时,所引起的材料应力不应超过允许的极限。其它材料(如人造橡胶)没有一个比较固定的疲劳极限。如果材料应力过量,联轴器的零件会因弹性变形过量发热而损坏。

有一种金属盘联轴器,它有两组薄金属板,通过螺钉与主动和从动轮壳零件接触。每组圆盘是用一些有一定厚度的弹性片组成,利用这些材料的弹性补偿轴的不同心度。弹性片叠合的厚度根据联轴器需要传递转矩的能力而定。当然,使用这种联轴器的设备,轴的同心度也必须维持在允许范围之内,使弹性材料的应力不致超过疲劳极限。这种联轴器无需润滑。

另一种弹性材料联轴器称做弹性隔膜型联轴器。这种联轴器和上述的金属盘联轴器一样是利用弹性片去适应轴的不同心度。然而,这里的弹性零件是单个的,它的外廓成双曲线形,这样可以使它沿内径至外经产生均匀的应力。由于利用材料的经济性,相应地也就减轻了其重量,所以这种联轴器是一种适合于高速的传动装置。

利用人造橡胶做弹性元件设计成的联轴器品种较多,这是因为人造橡胶具有较好的弹性,它可以经受很大的变形后再恢复到原来的形状。柱销联轴器是弹性材料联轴器的一个例子,它有两个带法兰的轮壳,固定于各自的传动轴上。每个法兰上固定有柱销沿轴向伸入对方带有橡皮圈的孔内,通常橡皮圈内有金属套,转矩通过柱销传到橡皮圈。由于橡皮圈是用弹性材料制成,它可允许两个法兰略有倾角或偏移。

另一组弹性材料联轴器是利用一个筒形零件,固定于每个轴的轮壳上,通过这个弹性套筒的剪切变形传递转矩。弹性套筒与轮壳的联接可用以下方法:化学方法粘贴;用机械的滑键配合联接,或是将弹性套夹紧在轮壳上靠摩擦固定住。通过弹性套筒的弹性来适应轴的不对心度。

第三组弹性联轴器是利用弹性零件受挤压来传递轴之间的扭矩。弹性元件是嵌在轴上(或是嵌在与轴固定在一起的壳上),或是分别固定在两根轴上带槽或缺口的零件内。它也是利用弹性体的变形补偿,从动轴之间的不同心度的。

在小功率的传动系统上,常用一种橡皮爪型弹性联轴器。这种联轴器中间是一个像“十字头”状的零件,带有径向扇形槽(一般是三个)。主动轴和从动轴上的轮壳在相应的位置开有与扇形槽相应的爪,弹性体的槽与轮壳的爪牙相嵌,形成弹性“枕垫”,就利用它传递扭矩和补偿轴的不同心度。

蛇形弹簧联轴器也是一种商售的弹性联轴器,它综合了机械弹性联轴器和弹性材料联轴器的特性。在轮壳的凸缘上开有齿形槽,弹簧钢片就嵌在两个凸缘的槽中,弹簧片可在槽内移动,以适应轴的错位,同时也利用弹簧的弹力传递扭矩。和一般的弹性材料联轴器不同的是,这种联轴器需要定期加油润滑,以防止弹簧片的过度磨损。

弹性联轴器的应用:弹性联轴器的选取决定于以下一些要素:功率、转速、轴的隔离情况和错位情况,价格和可靠性。在传动系统的设计中,选用能够胜任工作而又价廉的联轴器是设计师奋斗的目标。在总造价低的系统中,每个零件的价格都是很重要的因素。通常宁可牺牲一些可靠性和耐久性而选用能传递额定力矩和适应少量错位的廉价的联轴器。另一方面,对于大功率,高转速的机械,一些造价很高的电站,污水泵站或与生命有关的生产过程,则不能因为价格问题,使所选用的联轴器影响到整个系统的可靠性。

用电动机驱动的低功率(功率在200马力以下)水泵装置都可以应用上述各种类型的联轴器,尽管各制造厂的产品各有不同,但在选用时都需要知道水泵装置的以下各项数据:功率、转速、予计的错位和泵的类型(往复式、叶片式、离心式等等)。

在一些地区较偏僻的输油管线泵站,往往没有电源,而利用往复式发电机(以柴油、汽油或天然气作燃料)驱动水泵。由于这种发动机的功率具有脉动性,会形成扭振现象,机器正常的运转速度必须避开能形成扭转共振的速度。对于这种情况,应选用抗扭振的“刚性”联轴器,以免在运转时发生共振现象。选用这种联轴器的方法与前面所列的一样。对用在发动机上的联轴器,制造厂均指定更高的使用因素,以补偿材料由于扭矩的脉动性造成的疲劳效应,再有,对于偏僻地区用发动机驱动的泵装置,尤其要求更高等级的系统运行可靠性。

在有蒸汽源的地方,用汽轮机来驱动水泵往往比较经济和有效。汽轮机的功率在100马力以上,基至超过50000马力。应弹性联轴器时,必须考虑到它能承受从汽轮机传过来的热量,同时要容纳汽轮机暖机运转后机轴的轴向伸长。

汽轮机是一种高速的机器(4000到10000转/分,个别情况可达15000教/分)、要求较高的系统平衡度以免发生振动。弹性体联轴器偶而也成功地应用于汽轮机的传动上,但高速传动还是以应用金属联轴器为多。最常用的金属联轴器是齿形联轴器(机械弹性的)。高速机械要求尽量减轻旋转部件的重量,以便减少轴的挠度而获得较高的临界转速。在高速下能传递大马力,而且重量又轻的齿形联轴器是现今设计中最有效的装置。

限定端部串动  许多驱动卧式水泵装置的电动机都采用套筒式滑动轴承,这种轴承只能短暂地承受电动机在加速和减速过程中的轴向力。对这样的电动机应选用能够部分限制电动机转子轴向串动的联轴器,使电动机的轴向力由泵的轴承来承受。实际上,如果电动机的总轴向串动量为1/4英寸,则应使用有1/8英寸串动量的联轴器。电动机转子串动量为1/2英寸(或更大),则联轴器的串动量应为3/16英寸。联轴器的串动量可利用一个插入轴端的顶钮(button)来限制。这样,联轴器可以阻止电动机的轴肩碰在轴承端面上。有些联轴器如盘型弹性联轴器本身就具有阻止串动的特性,不需要另作改动。

立式运转  前面已经提到过,在立式传动系统上经常使用刚性联轴器,这是有一定道理的。然而,为了适应轴的对心,使用弹性联轴器的情况也很多。若上下轴均有各自的轴承,而不需要联轴器来传递轴向力,则可以应用不需润滑的有弹性体元件的联轴器而不必进行改动。要润滑的联轴器,如齿形和蛇形弹簧联轴器往往需要做一些改装,以便使润滑油能存留在联轴器中。齿形联轴器就是一种常用于水泵传动上的立式双联接联轴器,两对啮合齿是在半个联轴器内(可以允许转角和径向错位),这样就可以避免通常联轴器垂直运转时的漏油问题。

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