立式电机液压泵的联轴器同轴度问题分析与改进

王 君

（山东华宇工学院，山东 德州 253000）

0 引言

联轴器俗称靠背轮或对轮，它是用来连接主动轴和从动轴的一种特殊装置。在轴系连接设计中，保证联轴器前后轴的同轴度是非常重要的指标。同轴度是指两个相互连接的轴线同轴的程度，其误差值是以与基准轴线同轴的轴线为定位基准轴线。同轴度误差是反映在横截面上的圆心的不同心，联轴器的同轴度需要控制两轴的轴心之间同轴误差。轴系中的同轴度误差过大将会在轴和联轴器中引起较大的应力，并将严重影响到轴、轴承和轴上其他零件的正常工作，甚至会引起整台及其和基础的振动和损坏事故[1]。所以针对立式电机安装的联轴器同轴度问题，在支架结构、定位面、定位精度以及相关零部件的选取方面做了分析和调整。并按照调整后的结构进行装配和试运行，有效地提高了设备的同轴度，进而防止液压油的外泄，保证了设备的正常运行，提高了未来液压泵的更广泛应用。

1 现有安装方式

以蜗轮蜗杆传动液压泵立式安装电机为例，电机竖直安装在液压泵的上面，通过梅花联轴器连接电机轴和液压泵轴[2]。梅花联轴器如图1所示。

图1 梅花联轴器

梅花联轴器中间带有弹性体，具有良好的减振、缓冲和电气绝缘性能，同时也具有较大的轴向、径向和角向补偿能力。其结构简单，径向尺寸小，重量轻，转动惯量小。液压泵外壳与电机之间由立式电机支架器连接，电机轴与液压泵蜗杆轴之间由梅花联轴器安装。同时为了防止泵内的油液泄露，在蜗杆轴上安装油封，油封靠油封支架来固定[3]。如图2所示。

图2 联轴器装配图

立式电机支架设计时通过控制配合面的同轴度来控制立式电机支架的不对中问题。以流量为5000 g/min的液压泵为例，连接电机和液压泵的立式电机支架的加工尤为重要，电机支架的配合尺寸的加工要求如下：

（1）立式电机支架的加工尺寸：电机支架与泵壳之间靠止口定位，所以电机支架的上定位止口和下定位台阶的同周报要保证在0.05 mm内，所以电机支架的下定位台阶的加工要以其上定位止口的为基准进行加工。

（2）泵壳加工尺寸：为保证泵壳上远离电机一侧的轴承孔同轴度在0.05 mm内，其加工尺寸应以靠近电机侧的圆锥滚子轴承孔为准。

如图2所示，立式电机支架设计成上方是止口，下方是定位台阶的形式。安装时上止口与电机的定位台阶相互配合，下定位台阶与泵壳的止口相互配合，这样可以更有效地保证电机轴与液压泵蜗杆轴之间的同轴度。

各相互配合的尺寸为：

（3）油封支架外形如图3所示。

图3 油封支架

2 存在弊端以及问题

按照上述方式加工的零件配合之后在工作前期会出现联轴器异响及油封漏油的现象，在工作一段时间之后出现梅花联轴器胶合以及断裂的现象。同时由于电机支架之间密封垫片老化之后存在清理不彻底的情况，导致后续电机支架安装平整度不符合要求，同时由于现场测量设备不够，无法测量。电机支架下台阶与泵壳止口之间的配合尺寸为80 mm，止口深度为2 mm，相对于整体支架尺寸来说偏大，安装时易发生支架不能准确装入泵壳止口的情况，导致支架有翘曲的现象，影响设备的同轴度[4，5]。对于示例液压泵的具体问题如下：

（1）在设计图纸中，泵壳止口与立式电机支架台阶的配合未规定同轴度，这种情况易导致电机轴和蜗杆轴不同轴的问题，从而出现联轴器内部有异响并且容易损坏的状况出现。

（2）生产过程中正常维护维修的一些液压泵，因为操作不当泵壳与立式电机支架之间的旧垫片没有清理干净，导致立式电机支架安装不平，出现翘起的现象，同样也会影响蜗杆轴和电机轴之间的同轴度。

（3）电机支架止口的直径做得过大，使立式电机支架不易完全地装配进泵壳，导致电机支架出现翘起的现象。

（4）立式电机支架分别与泵壳和电机的配合同轴度加工无法达到要求，使设备出现异响和联轴器破坏的现象。

（5）由于电机轴和蜗杆轴不同轴的问题，泵内的轴承容易发生损坏，从而污染泵内的液压油，进一步破坏设备内部其他重要零部件。

（6）泵壳内部安装轴承的轴承孔存在同轴度不满足要求的现象。

（7）联轴器安装不正后导致轴承发生损坏。

（8）油封支架安装间隙变量较大。

通过分析联轴器的安装和加工对设备所带来的问题，找出调整联轴器同轴度的方式，可以得出影响立式联轴器同轴度的主要因素有立式电机支架的加工精度和安装工艺，以及各配合尺寸的形位公差的确定，同时还受生产安装是否合规的影响[6]。首先从联轴器的选型开始，调节合适的加工工艺，改变安装方式，尽量避免因为工艺问题所带来的不良后果。

3 联轴器选型

联轴器的类型有很多，根据其内部是否包含弹性元件，可以划分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。刚性联轴器由刚性传力件组成，又可分为固定式和可移动式两类。固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移，可移式刚性联轴器能补偿两周的相对位移[7]。弹性联轴器包含有弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具有吸收震动和缓和冲击的能力，故应用十分广泛。最为常见的弹性联轴器为弹性圆柱销联轴器、轮胎联轴器及梅花形弹性联轴器。弹性圆柱销联轴器与凸缘联轴器类似，只是用套有弹性圈的注销代替了连接螺栓；并且其他的弹性联轴器的连接体部分都是有柔性材料组成。对于小型立式电机安装来说，优先选用梅花联轴器[8]。

梅花形弹性联轴器具有高弹性，较好的阻尼减震特性，可以吸收和降低动力装置输出转矩的波动，并且梅花形联轴器无需润滑，维护工作量较少，可以连续长期运行[9]。根据所列液压泵的尺寸，内部的蜗杆直径为ϕ20 mm，安装方位为竖直安装。根据梅花联轴器厂家提供的数据，20 mm范围内的梅花联轴器的同轴度要求为±0.02 mm。

根据要求现将联轴器相关部件的设计进行如下更改。

4 针对问题采取的措施

（1）油封支架结构的更改

根据问题描述，把油封支架进行了改进。改进后的支架如图4所示。

图4 油封支架结构图

在油封支架上增加直径为ϕ60 mm，厚度2 mm的台阶。油封支架通过螺纹固定在泵体上，增设台阶使其安装松紧度靠机加工精度保证，不用工人拧紧力度保证，增加了安装的牢固性和可靠性。以螺纹面M56×2尺寸为基准，如图增设圆柱面ϕ50.5±0.01 mm

（2）更改电机支架的设计

更改电机支架的设计，如图5所示。

图5 电机支架结构图

电机支架通过油封支架进行径向和轴向定位。删除电机支架与泵壳的下定位台阶，由油封支架外圆柱面ϕ50.5±0.01 mm与mm电机支架进行径向定位。电机支架的同轴度mm和mm同轴度保证在0.02 mm内。

（3）对于同轴度要求在0.02 mm以内的加工部位，在机床上加工时，要选择恰当的装夹部位，使有同轴度要求的加工面一次性加工完毕，不可再换位装夹，以免出现装夹不严格导致同轴度出现误差过大的情况出现[10]。

（4）取消立式电机支架与泵壳之间安装垫片的使用。

除了对泵体结构的加工进行相关的改进设计，还要对设备进行严密监测。例如监测液压油的性能状态，当出现油液性能不满足液压泵的运行要求时，要及时更换油液。另外把蜗杆轴上下的同轴度尺寸列入零件质量的重点监控对象，进行重点监测。同时安装时要避免暴力安装，严格按照安装工序工艺进行，保证梅花联轴器，立式电机支架，蜗杆轴等装正到位[11]。

更改后的立式电机液压泵联轴器的结构如图6所示。

图6 更改后联轴器安装图

通过对液压泵的结构进行更改，大大改进了零部件的加工效率，同时也避免了因为加工工艺带来的尺寸精度不符合要求的问题出现。装配过程也更简便，提高了工人的工作效率[12]。结构改进之后，对液压泵进行相应的试运行，试运行过程对其运行过程进行监控，其因同轴度不符带来的问题得到了相应的改观，提高了设备的运行精度，寿命得到了延长[13]。

5 结语

通过对立式电机液压泵的联轴器同轴度问题的分析，可以发现立式电机支架和油封支架的安装面加工精度是影响立式联轴器安装同轴度的最主要的原因。经过技术分析，对相关零部件的结构和尺寸进行调整，针对加工和安装两方面存在的问题对立式电机支架、油封支架以及泵壳等部件都做了调整改进。并且通过对新型结构的液压泵进行试运行可以发现，上述结构和尺寸的改进是切实可行的，同时调整后的对中准确性以及工作效率得到了很大的提高[14]。

液压泵应用广泛，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用[15]。立式电机液压泵转速快，对同轴度要求高。经过分析相关问题并做出来结构改进，使结构优化后的液压泵使用情况良好，并保证了液压泵可以在额定工况下长期稳定运行的要求。