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联轴器松动故障简析

首页 > 新闻中心 > 技术资料    发布时间:2019/12/18 11:43:31 点击量:

  联轴器是指联接两轴或轴与回转件,在传递运动和动力过程中一同回转,在正常情况下不脱开的一种装置。有时也作为一种安全装置用来防止被联接机件承受过大的载荷,起到过载保护的作用。联轴器又称联轴节。用来将不同机构中的主动轴和从动轴牢固地联接起来一同旋转,并传递运动和扭矩的机械部件。有时也用以联接轴与其他零件(如齿轮、带轮等)。常由两半合成,分别用键或紧配合等联接,紧固在两轴端,再通过某种方式将两半联接起来。联轴器可兼有补偿两轴之间由于制造安装不精确、工作时的变形或热膨胀等原因所发生的偏移(包括轴向偏移、径向偏移、角偏移或综合偏移);以及缓和冲击、吸振。
联轴器是指联接两轴或轴与回转件,在传递运动和动力过程中一同回转,在正常情况下不脱开的一种装置。有时也作为一种安全装置用来防止被联接机件承受过大的载荷,起到过载保护的作用。联轴器又称联轴节。用来将不同机构中的主动轴和从动轴牢固地联接起来一同旋转,并传递运动和扭矩的机械部件。有时也用以联接轴与其他零件(如齿轮、带轮等)。常由两半合成,分别用键或紧配合等联接,紧固在两轴端,再通过某种方式将两半联接起来。联轴器可兼有补偿两轴之间由于制造安装不精确、工作时的变形或热膨胀等原因所发生的偏移(包括轴向偏移、径向偏移、角偏移或综合偏移);以及缓和冲击、吸振。数控机床的进给机构,采用伺服电机或步进电机与滚珠丝杠连接,一般采用联轴器直连、齿形同步带连接或运用齿轮相连。在许多场合,因结构上的限制,特别是采用了伺服电机或混合式步进电机后,联轴器直连便成为电机与滚珠丝杠常见的连接方法。
  由于数控机床进给速度较快,如快进、快退的速度有时高达20m/min以上,在整个加工过程中正反转换频繁。联轴器承受的瞬间冲击较大,容易引起联轴器松动和扭转,随使用时间的增长,其松动和扭转的情况加剧。在实际加工时,主要表现为各方向运动正常、编码器反馈也正常、系统无报警,而运动值却始终无法与指令值相符合,加工误差值越来越大,甚至造成加工的零件报废。出现这种情况时,建议检查一下联轴器。
联轴器按结构可分为刚性联轴器和挠性联轴器两种形式,可按其结构分别加以处理。
1.刚性联轴器
刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力,要求两轴严格对中,但此类联轴器结构简单,制造成本较低,装拆、维护方便,能保证两轴有较高的对中性,传递转矩较大,应用广泛。常用的有凸缘联轴器、套筒联轴器和夹壳联轴器等。
  刚性联轴器目前主要采用联轴套加锥销的联接方法,而且大多进给电机轴上都备有平键。这种连接,经过一段时间使用,圆锥销开始松动,键槽侧面间隙逐渐增大,有时甚至引起锥销脱落,造成零件加工尺寸不稳定。解决的方法有两种:
(1)采用特制的小头带螺纹的圆锥销,用螺母加弹性垫圈锁紧,防止圆锥销因快速转换而引起的松动。该方法能很好地解决圆锥销松动的问题,同时也减轻了平键所承受的扭矩。当然,这种方法因圆锥销小头有螺母,必须确保联轴器有一定的回转空间。
(2)采用两只一大一小的弹性销取代圆锥销连接,这种方法虽然没有圆锥销的连接方法精度高,但能很好地解决圆锥销松动问题,弹性销具有一定的弹性,能分解部分平键承受的扭矩,而且结构紧凑,装配也十分方便。经在维修中应用,效果很好。但装配时要注意,大小弹性销要求互成180°装配,否则会影响零件加工的精度。
2.挠性联接器
挠性联轴器又可分为无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器,前一类只具有补偿两轴线相对位移的能力,但不能缓冲减振,常见的有滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器和链条联轴器等;后一类因含有弹性元件,除具有补偿两轴线相对位移的能力外,还具有缓冲和减振作用,但传递的转矩因受到弹性元件强度的限制,一般不及无弹性元件挠性联轴器,常见的有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形联轴器、轮胎式联轴器、蛇形弹簧联轴器和簧片联轴器等。
  挠性联接器是数控机床广泛采用的联轴器,它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象。在结构允许的条件下,大部分数控机床的伺服进给系统都采用挠性联接器结构。但挠性联接器装配时很难把握锥套是否锁紧,如果锥形套涨开后摩擦力不足,就使丝杠轴头与电机轴头之间产生相对滑移扭转,造成数控机床工作运行中,被加工零件的尺寸呈现有规律的逐渐变化(由小变大或大变小),每次的变化值基本上是恒定的。如果调整机床快速进给速度后,这个变化量也会起变化,此时CNC系统并不报警,因为电动机转动是正常的,编码器的反馈也是正常的。一旦机床出现这种情况,单纯靠拧紧两端螺钉的方法不一定奏效。解决方法是设法锁紧联轴器的弹性锥形套,若锥形套过松,可将锥形套轴向切开一条缝,拧紧两端的螺钉后,就能彻底消除故障。
  联轴器常见问题集锦:
问:高性能的挠性元件(圆盘和膜片)联轴器为什么需要垫片?
答:齿式联轴器与挠性元件联轴器不同,它的啮合轮齿之间具有间隙,因此允许轴向运动。挠性元件联轴器则依靠类似弹簧的材料的拉伸和弯曲来调整设备轴之间的运动。在安装联轴器时,需要考虑这些运动。
  通常,安装现场测量的轴间距可能略微不同于联轴器的设计间距。垫片通常安装在中间凸缘上用来调整间距,从而确保联轴器不会因间距差异而过度拉伸。
  问:联轴器的挠性元件具有轴向调节能力。为什么还需要安装垫片?
答:联轴器的挠性元件不应用于轴向调节。高性能联轴器附带的垫片组用于处理安装期间出现的长度误差。直径小于6英寸(152毫米)的联轴器通常允许+.062英寸(+1.58毫米)的长度误差,而直径大于6英寸(152毫米)的联轴器则允许+0.125英寸(+3.2毫米)的长度误差。垫片应平均分布在两端,以便维护凸缘导杆的整体性。
  造成实际轴间距与设计轴间距不同的其中一个原因是机器安装公差。另一个原因是锥形轴轮毂的安装公差。
  问:在安装高性能联轴器时,需要哪些工具?
答:所需的安装工具包括:安装(液压)模具,扳手套件,能满足螺栓拧紧扭力值的扭力扳手,用于测量轴端部之间距离的千分尺,原始设备制造商说明书,以及联轴器图纸。
  问:高性能联轴器的建议检查周期为多长时间?
答:对于高性能齿式联轴器,建议用户每隔12-18个月进行一次检查、清理并重新润滑。无需润滑的圆盘式和膜片式联轴器预计可以连续运转五年以上。只需对此类金属膜片联轴器进行目视检查即可。
  问:在改进设备时,哪一方具有更大的优势:是原始设备制造商还是联轴器厂商?
答:人们经常问及哪一方应参与改进过程的问题。有两种途径供最终用户选择-从动设备原始制造商或联轴器制造商。原始设备制造商通常具有更大的优势,例如:涡轮机械专业技术。提供现有联轴器的数据和机壳尺寸。
·历史数据。
·转子动力分析能力。
·提供锥形塞尺/环规。另一方面,成千上万的高性能齿式联轴器已直接由联轴器厂商改装成为膜片联轴器。联轴器设计人员通常可以选择和“微调”膜片联轴器来满足现有齿式联轴器的工程数据,因此无需更改机组的转子传动。为了顺利完成改进,获取必要的信息非常重要。
  问:改进需要哪些信息?
答:必须获取必要的应用数据才能确保正常的改进。这些数据项目包括: 
·功率(HP或kW)和速度(最小、最大和标准运转);
·主动和从动设备轴端详细资料;
·B.S.E.(轴端面间距,也称轴间距);
·预计热膨胀(膨胀量和方向);
·角向偏移上限要求(高性能联轴器通常要求度);
·服务对象(管道压缩机,乙烯机组);
·联轴器是否需要符合API-671规格–对于涡轮机设备,必需符合;
·环境(盐水喷洒,氯水,硫化氢)。
为了确保顺利完成改进,联轴器设计人员需要知道联轴器每一半的重量和CG(重心)位置,以使悬垂力矩一致。通过使此类数据与提议的膜片联轴器相匹配,机组的侧面临界速度将不受影响。为了确保成功改进,某些主要涡轮压缩机原始制造商依据转速制订了一些原则。如下所示:
·如果转速低小3600转/分钟,则新联轴器每一半的重量和重心位置应处于现有联轴器的20%以内。
·当转速在3600和6000转/分钟之间时,每一半的重量和重心位置应处于15%以内。
·当转速超过6000转/分钟时,每一半的重量和重心位置应处于10%以内。
此外,还应与现有联轴器的抗扭刚度或Kt一致,以防止机组的扭转临界速度发生变化。一般来讲,与从动设备直接相连且由两部分组成的机组或传动装置对联轴器的Kt变化不太敏感,但如果存在齿轮箱或第2个或第3个转子,则这种变化会产生显著的影响。
  问:挠性元件联轴器上的哪一部分最容易损坏?
答:联轴器设计人员一般会让挠性元件作为最容易损坏的一环。请务必审查联轴器图纸以获得运转系数和最小轮毂滑程值,从而确保所设计的联轴器符合要求。
  问:许多蒸汽涡轮机在导热方向和轴方向上均有较大的热膨胀。挠性膜片联轴器能否处理此类热膨胀?
答:大多数膜片联轴器类型-圆盘式或膜片式-都能处理涡轮机械的轴向热膨胀。由于挠性膜片联轴器的能力有一定的限制,因此在选择挠性膜片联轴器时,务必考虑设备的轴向热运动。如果轴向热膨胀要求超过膜片联轴器能力的25%,则联轴器设计人员通常应设计垫片来处理此类运动。例如,如果一个20兆瓦的蒸汽涡轮机在从静态运转条件转变为“热”运转条件时,将沿压缩机方向膨胀0.150英寸(3.8毫米),并且联轴器的额定能力为+0.200英寸(+5.1毫米),则设计的联轴器垫片应缩短0.150英寸(3.8毫米)。为了实现这一目的,当安装联轴器并拧紧所有螺栓时,联轴器应被拉伸到一定程度,其值与热膨胀值相同。当设备机组进入“热”运转条件后,联轴器应接近于中性或松驰位置。
  问:我们打算改进一个低力矩的齿式联轴器。在改进这种类型的联轴器时,是否存在一些需特别注意的事项?
答:是的。如果设备要求使用低力矩的齿式联轴器,则用于更换的联轴器也必须是低力矩的联轴器。如果低力矩的联轴器轮毂属于无键型液压装配,则非常易于安装和拆卸;但是,如果轴带有键,则在拆卸时会比较麻烦。低力矩、带有键的轮毂可用加热法进行安装(通常使用火炉或油槽),但在拆卸时,通常只能使用火把进行加热。即使是非常小心,挠性膜片联轴器也可能会因局部受热而损坏。另外,挠性元件还非常类似于散热器的散热片,从轮毂的中心向外扩散热量。为了解决这一问题,北京通联弗莱科技有限公司工程师推出了一种独特的设计,用液压法拆卸带有键的轮毂。加工一些环形凹槽,放入轮毂内径,让端口连接至轮毂桶的端部。通过向端口施以500-1500磅/平方英寸的油压,轮毂就会“弹离”联轴器轴,就像无键型液压安装法一样。这种针对带有键的轮毂的改装设计在那些不想使用火把来拆卸轮毂的精精炼厂中得到了广泛应用。
问:膜片联轴器的直径通常要大于齿式联轴器。那么,膜片联轴器能否装入现有的联轴器罩?在改进时,是否应考虑风洞效应?
答:在制订改进规范时,一定要包括对联轴器罩尺寸的检查。当所提议的膜片联轴器外径的径向间隙小于1英寸(25毫米)时,还应进行风洞效应计算。联轴器厂商已开发出了用于计算联轴器罩内温升值的计算机程序。此外,还应改进通风孔,以便联轴器罩排出产生的热量。
  问:我们的高性能齿式联轴器运转良好。为什么要更换它们?
答:某些旋转设备工程师对齿式联轴器的运转寿命师非常满意。一般情况下,啮合良好且正常维护的齿式联轴器可以使用10-15年。基本上有两种类型的挠性联轴器:滑动和变形类型。齿式联轴器属于滑动类型。互相啮合的齿轮周而复始地来回滑动,因此会磨损轮齿。随着磨损不断地进行,径向间隙会越来越大,进而会使齿轮的失衡程度加剧。此外,齿式联轴器还需要定期维护。
  与齿式联轴器相比,膜片联轴器具有以下优点:
·膜片联轴器不存在径向间隙问题,因此潜在失衡较低。
·膜片联轴器一般在五年内不需要进行任何维护或检查,使用寿命极长。对于齿式联轴器,厂商建议用户每隔12-18个月进行一次检查、清理并重新润滑。
·膜片联轴器消除了“死锁”和转轴断裂问题。
·膜片联轴器降低了轮毂与轴的磨擦。
·膜片联轴器显著降低了对所连设备的作用力。齿式联轴器所产生的滑动力是扭矩的一个因素。圆盘式或膜片式联轴器所产生的变形力属于弹力,与扭矩无关。膜片联轴器对设备轴承所产生的弯曲作用力约为齿式联轴器的40%,所产生的轴向作用力约为齿式联轴器的10%。公司在计算投资回报率时,有时会考虑机械轴承的寿命。
  问:膜片联轴器的价格一般要高于齿式联轴器和需要润滑的联轴器,并且原始设备制造商最初都支持这些联轴器。为什么应考虑更换?
答:目前,高性能齿式联轴器的成本实际上一般要高于圆盘式或膜片式联轴器。齿式联轴器需要许多制造工序,因此会耗用大量人力。此外,齿式联轴器的维护成本(定期润滑、检查和重新加入润滑脂等)要远远高于膜片联轴器。虽然原始设备制造商最初都支持需要润滑的齿式联轴器,但原始设备制造商现在已开始设计并支持膜片联轴器,以替换齿式联轴器。在当今的涡轮机械中,超过95%的新应用领域都采用膜片挠性元件联轴器。
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