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1、3 2 机械传动 2 0 0 6正 文章编号 ： 1 0 0 4 2 5 3 9 ( 2 0 0 6 0 4 0 0 3 20 2 新型弹性联轴器的设计 ( 郑州经济管理干部学院机电工 程系，河南郑州 4 5 1 1 9 1 ) 杜可可 张建国 摘要 利用蒙乃 尔金属波纹管弹性元件 、 弹性 内、 外环， 设计 了一种结构简单， 拆卸、 安装方便 ， 具有 良好的动态响应性能 ， 在传递较大转矩的 同时， 保证较 高的传动角精度的新型弹性联轴器。 关键词 弹性联 轴器金属波纹管 弹性环设计 引 言 联轴器是联接两轴 、 传递转矩和运动的一种主要 装置， 广泛应用于各种机 电产品中。现代机械传动
2、装 置中 ， 要求精密弹性联轴器应具有 良好的动态响应性 能 ， 在传递较大转矩的同时， 保证较 高的传动角精度 。 并且拆卸 、 安装 简单方便 ， 联接可靠 ， 无反 向间 隙等。 因此研制转动惯量小 ， 转速高 、 减振性能好 、 对 中补偿 能力强的新型联轴器 ， 是 目前机械研究需要解决 的主 要课题之一。我们利用蒙乃尔金属 波纹管弹性元件 、 弹性 内、 外环 ， 设计 了一种新型弹性联轴器。 的结构要素或零件 ， 如螺纹 ， 轴肩 ， 台阶孔等。 ( 2 )占用空间较小。由于 弹性环在拆卸时 ， 是通 过螺钉强制脱离 ， 而不是靠锥面的反作用力 自动分离 ， 所 以弹性环的分离半
3、锥角可以比其它几种联接方式的 半锥角减少一半 ， 为 6 o 7 o 左右 ， 使得弹性环整体壁厚 减薄。 ( 3 )易于标 准化。联接和拆卸过程 ， 仅涉及 弹性 环的 自身相对运动， 与被联接件无关 。只要零件 、 轴与 弹性环内 、 外径配合适当 ， 在较宽 的范围内( 0 m m一0 2 m m) 都可实现精 确的过盈配合联接 ， 从而有利 于实现 弹性环的标准化。 1 弹性 联 轴 器 的结 构设 计 2联 轴 器 的设 计计 算 弹性联轴器的结构简图如图 1 所示 。 2 1 内、 外环的过盈配合设计 弹性环的几何尺寸如图 2 、 图 3 所示 。 1 六角螺钉2 弹性 内环3 弹
4、性外环4 套筒5 金属波纹霄 图 1 弹性联轴器结构简图 联轴器的中部是由金属波纹管和套筒构成的一个 滚筒， 滚筒的两边是弹性环装置 ， 通过弹性环内外之间 的相对轴向位移 ， 实现过盈 配合联接。外环和套筒采 用过盈配合联接 ， 为保证安全， 同时采用胶接或点焊技 术。波纹管 和套筒的连接采用胶接、 铆接技术 。拧紧 螺钉， 利用弹性环变形所产生的压力 ， 将联轴器固定在 轴上 ， 从而传递运动和转矩 。 弹性环联接的联轴器具有以下优越性 ： ( 1 )过盈配合联接的零件结 构要素简单 ， 在轴和 零件上不需要为实现轴向位移而增加与零件功能无关 图 2弹 性 内环 已知条件 ： 工作转矩 T
5、：2 0 0 0 N m， 半锥角 a 2： 6 o ， 紧固螺钉规格 M1 2 ， 套筒材料 H T 2 0 0 ， 内、 外环材料 及轴的材料均为 4 5 钢 ，套筒与外环之间 ， 在无润滑状 态下的摩擦 因数 厂 =0 1 6 ； 轴与内环之间， 在无润滑状 态下的摩擦 因数 厂 =0 1 1 5 ， H T 2 0 0的抗拉 强度 = 1 6 0 M P a 一 2 2 0 MP a ， 4 5 钢的屈服极限 =3 6 0 M P a 。 2 1 1 计算轴 向紧固力 F及紧固螺栓数量 z 根据式 ( 1 ) F = ta n ( 号 + D ) ta n D ( 1 ) 维普资讯 h
6、ttp:/ 第 3 0卷第 4 期 新型弹性联轴器的设计 3 3 式中7 1 工作转矩 ， T=2 0 0 0 N r n 轴与内环的摩擦 因数 ， =0 1 1 5 =t a n p d轴径 ， d=6 2 m m a 2半锥角 ， a 2=6 0 I E c Z Z l 一 一 婪一 图 3弹 性 外 环 将数值分别代人式( 1 ) 计算得 F=1 8 9 5 0 5 5 1 6 9 N 根据式 ( 1 ) ， 紧固螺栓数量为 Z=n 4 F r r d l 2 ( 2 ) 式 中 1 7 , 螺栓许用应力的安全系数 ， 考虑预紧力 1 7 , = 1 3 5 d l 螺栓内径 ， d l
7、 =1 0 1 0 6 m m 屈服极限 ， 取 9 8 级螺钉 ， =6 6 0 MP a 代人数值计算得 z=4 8 3 4 9 ， 取 Z= 6个。并对螺 栓所受剪切应力、 挤压应力校核， 均符合强度要求。 2 1 2 内环与轴的过盈联接强度设计 一 方面过盈联接面间必须产生传递转矩的最小 比 压 P m i n ； 另一方面这个最小 比压值又不能超过材料产 生压溃或产生塑性变形的最大 比压 p 一 。 根据式( 1 ) ， 传递转矩的最小 比压 P i 2T ， 、 Pm i n a f d l Z b j 式中 7 1 工作转矩 ， T=2 0 0 0 N m 摩擦因数 ， =0 1
8、 1 5 d l 内环内径 ，d l =6 2 m m b过盈联接长度 ， b =5 9 m m 代人数值计算得 P i =4 8 8 4 2 M P a 。 轴不产生塑性变形 的最大允许 比压 Pm = a 1 一( ) 式 中 n = = = a= 3 + ( ) d l 内环内径 ， d l =6 2 m m d 内环外径 ，d=1 1 0 m m 代人数值计算得 a 0 3 8 ， P m x =1 3 6 8 M P a ， p 一 P m i ，内环不产生塑性变形 。 2 2 金属波纹管的刚度 、 强度计算及材料选择 根据式 ( 3 ) ， 横载面上一点处的剪应力为 r 1 ( 6
9、 ) 式中r微分面积的剪应力 ， MP a 薄壁筒壁厚 ， 取 =l m m 7 1 危险横截面上的转矩 ， N m 卜危险左截面中线所围的面积 ， m 2 在 自由扭转的情况下 ， 横载面上的转矩 7 1 与负载 转矩 相等 ， 上式为 M ( 7 ) 根据结构设 计 ( 对 于内环而 言) ， M =2 0 0 0 N m， = l m m，W=7 l “ ( 6 4 0 5 ) n 。 代人公式计算得 r =7 9 9 8 M P a 根据结构设计 ( 对于外环而言 ) ， M =2 0 0 0 N m， =l m m， W=7 l “ ( 6 8 0 5 ) m 1 2 ， r=6 9
10、 8 9 M P a 。 对照德 国 J a K o B公 司蒙乃尔合金波纹管联轴器生 产标准 ， 剪切强度满足设计要求。 根据式 ( 3 ) ， 扭转角为 ： ( 8 ) 4 G W 2 ( 8 ) 式 中 s 截面中线 的长度 ， s =r r d f 薄壁筒长度 ， m i l l G 材料的剪切弹性模量 ， M P a 卜截面 中线所围的面积 ， 一 对 内环和外环分别讨论如下 ： 蒙乃尔合金剪切弹性模量 G= 6 3 M P a ， M=2 0 0 0 N i n ， l =6 7 m m， 5 =2 r r ( 6 80 5 ) n l_r n ； 外环扭转角为 l M s ( 4
11、 ) l 4 G W 2 , 式中n 系数 ， 对于实心轴 a =0 5 屈服极限 ， =3 6 0 M P a 代人数值计算得 Jp 一 =1 8 0 MP a 。J p 一 P m j ， 轴不 产生塑性变形。 内环不产生塑性变形的最大允许 比压 p = n 口 s 2 0 0 0 6 71 0 一 2 r r ( 6 8 0 5 ) 1 0 一 一 4 6 3 l O 9 7 l “ 2 ( 6 8 0 5 ) 4 l O 6 1 1 0 3 ：1 1 1 0- 9 r a d M=2 0 0 0 N i n ， l =6 7 m m， 5 =2 r r ( 64 0 5 ) m m 内
12、环扭转角为 ( 5 ) 2 = M s 维普资讯 http:/ 3 4 机械传动 2 0 D 6年 文章编号 ： 1 0 0 4 2 5 3 9 1 2 0 0 6 ) 0 4 0 0 3 4 0 3 J Il r P O , 圆盘式刀库转动定位机构的设计计算 ( 河南机电高 等专科学校，河南新乡 4 5 3 0 0 2 ) 曹秋霞 陈新亚 摘要 介绍了 MC V 2 5 2 0小型立式加 工中心 圆盘 式刀库转动 定位机构的设计计算方法。重点阐述 了槽轮机构的工作原理、 结构参数计算和刀库转动电机的计算和选择。 关键词加工中心 刀库槽轮机构 引 言 MC V 2 5 2 0小型立式加工中心体
13、积小 、 结构紧凑 、 生 产效率高、 精 度较高 ， 能完成铣 、 钻、 扩 、 铰 、 锪 、 攻丝等 多种加工工序 ， 能进行小型板类 、 盘类 、 壳类 、 模具类等 复杂零件的多品种 中小批量加工。主轴采用高速电主 轴 ； 工作台采用 的是 xY双向精密数控工作台； 可以 实现 X、 Y、 z三个方 向的进给 ； 有 自动换 刀装置 ， 可 以 安装各类钻 、 铣类刀具并 自动换刀。MC V 2 5 2 0小 型立 式加工中心总体结构布局如图 1 所示。 图 l MC V 2 3 2 0小型立式加工 中心总体结构示意图 刀库的设计是加工中心设计的关键 。在满足加工 要求 、 经济实用
14、的条件下 ， 应尽量使加工 中心的结构紧 凑 ， 减小加工 中心的外形 轮廓 尺寸， 尽量 使其结构简 单 ， 易制造 ， 从而降低生产加工 中心的成本。 l O 箱体 9槽轮 图 2刀 厍 结 构 组 成 不 恿 图 刀库换刀的形式有机械手换刀和无机械手换刀两 种。而在无机械手换刀方式中 ， 刀库可 以是圆盘式 、 直 线排列式 ， 也可以是格子箱式等。无机械手换刀方式 中特别需要注意的是刀库转位定位的准确度。圆盘式 刀库容量较小 ， 刀库结构简单紧凑 ， 刀库转位 、 换刀方 便 ， 易控制 。直线排列式和格子箱式刀库结构较复杂 ， 2 0 0 0 6 71 0 3 2 丌( 6 40 5
15、 ) X 1 0 3 时具有过载保护作用 ， 可用于精密机械传动装置中。 一 46 3 1 0 p 2 ( 6 4 0 5 ) 4 1 0 6 I 1 0 3 ： 1 3 1 0 9 md 蒙乃尔合金波纹管的扭转刚度满足要求。 3结 论 新型弹性联轴器 ， 通过 弹性夹头把套筒和轴联接 起来 ， 从而实现两轴或轴和 回转体 的联接 。这种 弹性 联轴器结构简单紧凑 ， 重量轻 、 转动惯量小 ， 允许转速 高 ， 传动精度高 ， 补偿能力强 ， 易于制造。此外 ， 采用弹 性夹头代替键联接 ， 降低制造成本 ， 且当转矩突然增大 参 考 文 献 1 电机工程手册编辑 委员 会编 机 械工 程手 册 机械 零部 件设计 卷 ( 第4 篇) 机械零部件设计卷( 第 6 篇) 基础理论卷( 第 4篇) 北 京 ： 机械工业出版社 ，1 9 9 7 2 徐灏编 机械设计手 册( 第 l 卷 ， 第 3卷 ， 第 4卷) 北京 ： 机械工业 出版社 ，1 9 9 1 3 刘鸿文 材料力学第 四版 北京 ： 高等教育出版社 ， 2 0 O 4 收稿 日期 ： 2 0 0 5 1 2 0 2 收修改 日期 ： 2 0 0 6 0 3 2 0 作者 简介 ： 杜可可 ( 1 9 6 1 一 ) ， 河南省郑州市人 ， 副教授 ， 硕士 维普资讯 http:/