金属膜片联轴器简统化设计及强度分析研究.docx

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1、金属膜片联轴器简统化设计及强度分析研究 摘 要 为了削减高压三相异步电动机型式试验用联轴器的数量，增大互换性，降低生产制造成本，本文在满意试验质量和平安的前提下，对联轴器的简统化设计和强度进行了分析和探讨。采纳DJM系列金属膜片结构的挠性联轴器和配套运用的衬套能够实现简统化，采纳ANSYS有限元软件对联轴器整体进行数值模拟，分析了联轴器的组件在运用过程中的应力应变。试验运行结果表明：DJM系列金属膜片联轴器能够满意简统化要求，强度能够满意试验要求，有限元分析结果能够有效指导联轴器的进一步优化。 关键词 膜片；互换性；简统化；数值模拟 中图分类号 TH133 文献标识码 A 文章编号 1673-

2、9673-011-0162-03 联轴器是机械传动中的常用部件，传递运动和扭矩过程中一同回转而不脱开的装置，并且不变更转动的方向和转矩的大小，一般性结构的联轴器难以满意传动精度高、较高传动扭矩刚度的要求1。金属膜片联轴器依靠金属弹性元件的变形来补偿两轴线轴向、径向和角向的相对位移，消退两半联轴器相对扭转引起角度传递的误差和滞后，同时具有传动精度高、减振、缓冲的实力，且适合高速环境下传递高扭矩，因此其运用日益广泛。 高压电机型式试验中利用两台电机对拖的方式检测被试机的温升和效率特性，依据国标生产的高压电机类型种类繁多，为了保证试验的质量和电机的平安，亟需对联轴器进行简统化设计，以削减联轴器数量，

3、实现最大的互换性，降低生产制造成本。同时须要进行联轴器强度校核，保证联轴器的强度满意试验要求，避开影响试验质量、电机性能和试验人员的人身平安。 1 高压电机参数分析 1.1 高压电机设计参数执行标准分析 本文重点对JB/T 7593Y系列高压三相异步电动机技术条件和GB/T 13957大型三相异步电动机基本系列技术条件两个标准下的高压电机设计参数进行统计分析。主要可以得出以下几点内容： 1）电机的轴径与机座号有肯定对应关系，基本尺寸和极限偏差存在多组重合。 2）Y系列高压电机多采纳GB/T 3852 中规定的A型平键联接。YR系列的高压电机多采纳切向键联接，切向键按GB/T 11014切向键及

4、其键槽要求设计。 3）同种中心高但不同极数的电机功率有较多重叠，同种极数但不同中心高的电机功率均不相同。 4）不同轴伸直径的高压电机键槽尺寸和极限偏差同样存在多组重合。 1.2 高压电机型式试验执行标准分析 高压电机型式试验按GB/T 1032国标要求执行，试验时电动机的最高转速依据电机设计时的转差率而定，需进行超速试验。同时，电机需做短时过转矩试验，试验转矩为1.5倍电机额定转矩，历时15s。上述试验要点均对联轴器设计的平安性提出了较高的要求。 2 联轴器简统化构想 在功率匹配上的考虑，电机对拖试验时，陪、被试机在功率匹配要求上可以有肯定的浮动，被试机的功率可以在陪试机功率的73%101%间

5、进行浮动，不同种电机进行对拖的状况是同一中心高下、同功率与极数等级间的匹配试验。据检测试验站试验状况和试验标准分析，P被=P陪。 不同种电机进行对拖试验时受到电机中心高、轴径、电机极数和功率的综合因素影响，为了保证试验质量，在满意试验质量和平安的前提下进行联轴器简统化设计，详细配对状况如下所示。 1）两台相同电机对拖。 2）两台不同电机对拖。同中心高同极数不同功率电机不同中心高同极数不同功率同中心高不同极数同功率电机不同中心高不同极数同功率电机同中心高不同极数不同功率电机不同中心高不同极数不同功率电机 3 联轴器设计要求 依据一般联轴器设计的要求和方法，结合实际试验状况，对符合实际要求和运用的

6、联轴器进行分析设计，既满意运用效率又满意试验质量及平安。 3.1 联轴器的选型设计 对试验环境进行细致分析后，比较不同联轴器之间的异同点，金属膜片联轴器具备橡胶元件联轴器全部的优点外还具备轴向推力小、运用寿命长和减振等优点，保证传递动力的精度。传递同样大小的扭矩时，金属膜片联轴器比其他联轴器具有体积更小，重量更小，维护便利，节约成本4。 3.2 联轴器的整体设计 通过探讨联轴器的设计标准后，不同极数所对应的轴径在肯定功率范围内选用最大转矩和最大同步转速最为联轴器选取输入参数，选用DJM系列联轴器，该种联轴器不需润滑，如图1和图2所示为金属膜片式联轴器及各组件组装方式。考虑到联轴器重量对转动惯量

7、的影响，增多相应联轴器型号，避开重量对试验质量的影响。 中心高在7301120mm之间的6000V和10100V的Y系列或YR系列高压电机在四个相同轴伸端直径的基础上所选用的联轴器型号相同，说明不论是6000V和10100V的Y或YR系列电机均可用这四种联轴器进行试验。联轴器参数依据电机轴伸端直径和许用转矩的改变选取，保证同中心高下变频电机与变频电机间的对拖，依据轴孔协作标准和实际设计阅历得出轴孔的公差协作为间隙0.08mm的间隙协作。 3.3 联轴器配件衬套设计 依据国标设计的电机具有不同的轴伸端长度，为了能够实现更多半边联轴器之间的匹配运用，需在轴身部位垫加衬套，不同轴径下的同种宽度轴套也

8、不能相互代用，所以衬套长度有9中类别，不同电机间的匹配试验时，衬套长度随电机轴径相对应选用，衬套及安装方式如图3和图4所示。衬套的内径按电机轴伸端直径设计，与轴协作采纳间隙协作，间隙公差为0.2mm，内表面粗糙度要求较高，硬度应低于电机轴硬度，避开划伤电机轴伸端外表面。 3.4 联轴器联接方式设计 根据高压电机和联轴器的设计要求，中心高在355630mm的电机和中心高7301120mm的电机轴伸键采纳A型平键和切向键两轴键型联接方式。由于结构缘由，本联轴器新设计的传动系统中，应选择符合GB/T 3852中规定的七种轴孔型式，采纳J1型轴孔型式。本联轴器不采纳温差法涨紧联接，轮毂部位协助螺钉径向

9、定位。防止因电机轴直径与联轴器轴孔直径的间隙影响高速旋转中的电机轴平键传递扭矩，两副切向键相距120O安装。联轴器上键槽将A型平键与切向键相互间距120O同时平均安排在整个圆周上。 4 联轴器的强度分析 结合联轴器运用的工程阅历，需对联轴器的螺栓强度、膜片、法兰等强度进行综合校核，进行联轴器的仿真分析7。依据联轴器对拖试验要求，仿真分析前处理中的联轴器对扭和绞制孔螺栓预紧力施加模型如图5和图6所示。利用专业的ANSYS有限元分析软件，前处理中输入的参数数据均依据试验站实际运行状况而定，最终应力分布分析状况如图7和图8所示。 通过对应力大小和应力分布状况分析可得，绞制孔螺栓在运行过程中主要承受剪

10、切作用力，螺栓所用材料的抗剪切强度能够满意运行中对螺栓横截面的剪切。最大应力处集中分布在螺栓与膜片和联轴器法兰较小孔的孔壁四周，最大应力值均未超过材料的屈服强度，在材料弹性变形范围内能够满意联轴器的多次运用对材料疲惫寿命的要求。结合理论计算和有限元仿真分析，所设计的联轴器绞制孔螺栓强度符合强度要求。目前，通过试验验证，联轴器运行正常，试验结果合格。 5 总结 通过对电机参数的分析后，在原有联轴器设计的阅历基础上，考虑电机对拖试验的困难状态，采纳DJM型金属膜片联轴器，设计配套运用的衬套，结合有限元模拟分析技术对联轴器的整体结构进行强度分析，实际运用效果较好。得出如下结论： 1）采纳DJM型金属

11、膜片联轴器能够满意电机对拖试验的要求。 2）采纳配套设计运用的衬套结合DJM系列联轴器的方式能够实现对拖试验用联轴器的简统化要求，有效削减联轴器数量。 3）基于有限元分析技术，依据ANSYS中的计算结果已经应力应变分布云图表明，膜片和螺栓在工况运用的极限条件下，应力易于集中的分布区域，能够承受较大载荷而不失效，为进一步联轴器结构优化供应数据支持。 参考文献 1闻邦椿.机械设计手册M.第五版，北京：机械工业出版社，2022：15-1. 2廖晖.膜片联轴器膜片有限元分析及结构优化设计探讨D.重庆：重庆高校，2022. 3李业明，张红军，姚远.机车驱动系统联轴器参数优化及轴承载荷分析J.内燃机车，2

12、022，4：25-36. 4闵旭光，李广振，王广庆等.柴油发电机组联轴器设计J.煤矿机械，2022，30：22-24. 5周明衡.联轴器选用设计手册M.第一版，北京：化学工业出版社，2001. 6王玉良.永磁联轴器的系列化J.磁性材料与器件，2002，33，33-40. 7仝基斌，晋萍.SWL550型十字轴万向联轴器结构建模及有限元分析J.工程图学学报，2022，2：37-43. 作者简介 姚秋华，汉族，浙江湖州人，材料加工工程专业，助理工程师，湖南省株洲市田心高科园南车株洲电机有限公司，从事牵引电机工艺研发工作。 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页