新型内锥套联轴器的设计与研究

□ 张乘风 □ 盖明明 □ 张 欣 □ 毛玉鹏 □ 杨 文

1.陕煤集团 澄合矿业有限公司 陕西渭南 710089

2.西安斯克达机械制造有限公司 西安 710005

联轴器是用来连接不同机构中的两根轴使之共同旋转以传递扭矩的机械零件［1］。联轴器与轴的装配大多是通过有键连接，其配合方式根据不同场合有间隙配合、过渡配合和过盈配合三种［2］。对于小型设备上的联轴器，使用过渡配合或过盈配合效果较好，装配或拆卸也较为容易。对于中型或大型设备上使用的联轴器，其与轴的装配或拆卸难度却大大增加，一般在装配时，需要借助辅助工具或采用温差法［3］才能进行装配，尤其是对于装配精度要求较高时，由于装配方法不当或装配不到位，需要反复拆卸重装，很容易造成零件损伤。在拆卸时，对于过渡配合或过盈量较小的连接，一般采用简单的辅助工具即可拆卸，但是对于过盈量较大或因摩擦腐蚀作用发生咬死、卡死的连接，其拆卸难度极大，在拆卸过程中极易对轴和联轴器造成损伤，甚至致使轴或联轴器直接报废。对于一些特殊场合，如煤矿井下不允许明火加热（温差法拆卸），在拆卸时需要将被拆件移至地面进行操作，费时费力，这些都极大提高了维修及更换的难度和成本。

针对上述问题，本文设计了一种新型内锥套联轴器，这种新型联轴器不仅提高了联轴器的装拆效率，降低了装拆难度，而且有效防止了轴与联轴器因装拆造成的损伤，同时这种联轴器可以代替大多数传统类型的联轴器，适用面广，具有较大的应用价值，图1所示为新型内锥套联轴器的实物图。

▲图1 新型内锥套联轴器实物图

1 技术分析

1.1 结构分析

本文研究的新型内锥套联轴器，特点是在传统联轴器的基础上增加了一个内锥套和相关附件，这种联轴器可以代替大多数传统联轴器，以下以梅花形弹性联轴器为例进行分析说明。

图2所示为新型内锥套联轴器结构示意图，该联轴器主要由内锥套、内螺纹圆柱销、拉紧螺钉、卡簧、调整垫片、半联轴器主动盘、半联轴器从动盘、梅花形弹性元件等组成。其中内锥套、内螺纹圆柱销、拉紧螺钉、卡簧、调整垫片为新型内锥套联轴器的关键部件；半联轴器主动盘、半联轴器从动盘和梅花形弹性元件等为传统联轴器的结构部件。

▲图2 新型内锥套联轴器结构图

内锥套是新型联轴器能够快速装配和拆卸的关键部件，也是连接传动轴与联轴器的中间部件，起到扭矩传递的作用。新型联轴器能否可靠工作，内锥套的结构设计和工艺起到至关重要的作用。由于内锥套的结构造成其发生应力集中的部位较多，主要有三处：键槽处、螺纹孔处和骑缝销孔处，因此需要满足零件强度要求［4］，使其在过载情况下不发生结构破坏；内锥套内孔与轴若为过盈配合，则过盈量可以根据需要进行控制（可以通过调节拉紧螺钉的拉紧力来辅助控制），而不需要考虑因无法装配或拆卸而降低过盈量；内锥套外锥面与半联轴器主/从动盘内孔配合为间隙配合（实际工作时，内锥套外壁面在拉紧螺钉的作用下与半联轴器主/从动盘为过盈配合），以保证内锥套与半联轴器主/从动盘能够容易分离。

1.2 扭矩传递过程分析

对于大多数传统类型的联轴器，其扭矩的传递过程是：主动轴的旋转扭矩通过轴上的键直接传递到半联轴器的主动盘上，再通过半联轴器的主动盘传递到半联轴器的从动盘上，同样再通过从动轴上的键将半联轴器从动盘上的扭矩传递到从动轴上。

而本文研究的新型内锥套联轴器，其扭矩的传递过程是：主动轴的旋转扭矩通过轴上的键直接传递到内锥套上，内锥套上的扭矩又通过圆柱销传递到半联轴器的主动盘上，再通过半联轴器的主动盘传递到半联轴器的从动盘上，同样再通过圆柱销将半联轴器从动盘上的扭矩传递到内锥套上，内锥套上的扭矩再通过键传递到从动轴上。

从上述分析中可以看到，相比传统类型的联轴器，本文研究的新型联轴器，其在扭矩传递过程中增加了一个内锥套的传递过程，这个内锥套虽然使扭矩传递过程变得复杂，但是由于内锥套外锥面与半联轴器主/从动盘为过盈配合，并且扭矩是通过骑缝销进行传递的，因此这个过程并不会影响联轴器的使用。

2 关键部件设计

2.1 内锥套设计

图3所示为内锥套的结构示意图，内锥套为开缝锥套并开有键槽（如图2所示），在内锥套开缝一侧锪平台并开有安装顶丝螺钉的螺纹孔，同时在内锥套小端开有安装拉紧螺钉的螺纹孔和安装内螺纹圆柱销的骑缝销孔。开缝锥套的作用是在安装或拆卸联轴器时，通过顶丝螺钉的拧入作用可以将开缝锥套撑开，以方便内锥套与轴的快速安装或拆卸。内锥套小端的螺纹孔用于安装拉紧螺钉，拉紧螺钉产生的拉紧力不仅可以调节锥套内壁面与轴的配合方式，而且可以保证内锥套与半联轴器主/从动盘之间产生较大的抱紧力，从而使联轴器、锥套及轴紧密地组装在一起。骑缝销孔用于安装内螺纹圆柱销，内螺纹圆柱销起定位和传递扭矩的作用。

2.2 半联轴器主/从动盘设计

▲图4 半联轴器主/从动盘结构图

▲图3 内锥套结构图

新型内锥套联轴器的半联轴器主/从动盘与传统类型联轴器的结构形式基本上一样，只是将传统类型联轴器的联轴器盘内孔改为与内锥套配合的锥孔，并与内锥套配作销孔，同时开有安装卡簧的环形槽，如图4所示。半联轴器主/从动盘的作用与传统类型联轴器的作用一样，最终也是将主动轴的扭矩传递到半联轴器主/从动盘上，再从半联轴器的从动盘上将扭矩传递到从动轴上。

3 安装及拆卸方法

如图4所示，半联轴器主动盘和半联轴器从动盘结构基本相同，其安装及拆卸方法也基本相同，因此仅介绍半联轴器主动盘的安装及拆卸方法。

安装时，先将顶丝螺钉拧入到顶丝螺纹孔中，将内锥套撑开，然后将内锥套推入到主动轴上的合适位置，再将顶丝螺钉拧出。当内锥套安装好后，将半联轴器主动盘装到内锥套上，确定好位置后，打入内螺纹圆柱销进行定位，同时根据需要选择合适的调整垫片并用力矩扳手拧紧拉紧螺钉，最后再将卡簧装入到半联轴器主动盘中的环形槽中，以保证拉紧螺钉和圆柱销不发生松动和轴向窜动，由此完成了联轴器的安装。

拆卸时，先将卡簧卸下，再将拉紧螺钉拧出，圆柱销退出，即可将半联轴器主动盘从内锥套上拆下，然后再将顶丝螺钉拧入到顶丝孔中，撑开内锥套，即可将内锥套从轴上拆下，这样就完成了联轴器的拆卸。

该新型联轴器在陕煤集团澄合王村斜井已试验使用了1年多，在使用过程中没有出现任何问题。它将会在矿山机械、石油机械、化工机械、起重机械、运输机械等行业中具有较大的应用价值和推广价值。

［1］ 彭常户， 杨金祥.锥套式联轴器 ［J］.机械制造，2000,38（10）：28-29.

［2］ 濮良贵.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［3］ 刘惠民.大型齿轮联轴器与轴的热装配 ［J］.轧钢，1992（2）：30-44.

［4］ 宗泽.机械设计师手册（上、下册）［M］.北京：机械工业出版社，2004.