液压安全联轴器的工程设计与应用

摘要：在对液压安全联轴器工作原理进行简要分析的基础上，认为内套圈其工作过程中发挥着重要的作用。以某型液压安全联轴器为例，对内套圈在不同工况下的的变形情况进行了分析计算，得到了对应的设计公式，为液压安全联轴器的设计及优化提供了一个有效途径。同时，探讨了其加工制造以及使用过程中需要注意的相关问题，对提高液压安全联轴器的工作性能有一定的促进作用。

关键词：液压安全联轴器；优化设计；内套圈；制造

1.液压安全联轴器及其内套

液压安全联轴器作为一种新颖的安全保护型联轴器，其能够实现同轴线上主动轴、从动轴的同时回转与运动，同时可以传递转矩。其基本的结构主要包括剪切环、油腔、轮毂、传动轴、注油口、安全管、联接套外套等几个部分构成。

联轴器的法兰套包括内套、外套两个部分，两者相互焊接构成，采用打压泵将专联轴器液压油经注油口注入到内外套形成的油腔中，并使得其达到预定的压力值。这时，油在高压作用下降向下径膨胀，使得内套圈与法兰轴轴面抱紧，利用摩擦力来传递法兰轴与套圈之间的扭矩。一旦外载荷小于该设定油压，两者之间将不存在滑动 ，能够正常传递扭矩。而当外载荷超出设定的油压之后，两者将出现相对滑动，从而不足以传递扭矩，这时法兰轴上的剪切环将切断剪切管，使得腔内液压油喷出，内套圈径向尺寸复原，使得法兰轴与法兰套相分离，扭矩将会在数十mms内迅速下降，从而达到保护设备的目的。

在实际的设计工作中内套是整个液压安全联轴器工作的重要承载零件，其强度及变形情况直接影响到设备运行过程中的安全过载能力以及使用性能。因此，在设计过程中注重对内套的变形计算分析具有十分重要的作用。

2.液压安全联轴器内套变形计算及设计

2.1. 设计案例

已知某型液压安全联轴器的内套设计厚度为t=8.14mm，曲面半径R=153.63mm，内套整体长度为z=162mm，其工作载荷q=50N/mm2，材料弹性模量E=2.06e5m/mm2，泊松比=0.3。

2.2.变形计算

设计分析过程中，以叠加原理为根据，结合实际工况，将内套圈的变形分解为“无矩计算”、“有矩弯曲”两种基本情况。其中，所谓的“无矩计算”就是在分析过程中只考虑其外载荷q对内套圈的作用，如图1所示；而“有矩弯曲”则是考虑两端传递给内套圈的弯矩M0与剪力Q0，没有考虑外载荷q的作用，如图2所示。

在实际的设计分析过程中，尤其是在有限元分析时，可以根据具体的工作情况 设置不同的边界条件，从而反推得到“有矩弯曲”分析计算过程中内套圈两端的弯矩M0以及剪切力Q0。之后计算得到内套圈两端承载的弯矩M0和剪力Q，这样就可以得到“有矩弯曲”的解，最后根据叠加原理，得到内套圈的基本变形。

基于“无矩计算”模型进行分析计算时，由于只考虑了外载荷的压力作用，根据平衡方程以及弹性力学方程，可知：

根据内套圈安装过程中固定形式的不同，可以将之分为两段都固定、两段简支、一端固定而另一端自由三种工况形式。

之后，需要在有限元仿真软件下设置不同的边界条件，用以模拟三种不同的约束情况，对不同尺寸的内套圈进行尺寸进行优化，得到各种工况下最优的内套圈尺寸。

3.液压安全联轴器在制造及使用中应注意的其他问题

3.1. 加工制造过程中应该注意的相关问题

在加工制造过程中，首先要保证高压油腔的焊接性能，即要求提高内、外套圈的焊接质量，通过提高焊接工艺的方式保证焊缝在高压油的作用下不会出现开焊的问题。同时，在加工注油螺塞。剪断管、内孔螺纹等零部件时，要确保加工精度以及硬度。再次，要选择好高压密封件，提高密封设备的密封性能；最后，在设计制造过程中要注意对摩擦面进行特殊处理，同时通过控制行为公差来对间隙进行控制，提高联轴器的整体使用性能。

3.2.使用过程中需要注意的相关问题

3.2.1.环境温度的控制

环境温度变化剧烈将会直接影响到液压安全联轴器的正常使用，一旦环境温度发生变化，在热胀冷缩的作用之下，联轴器油腔内的高压油会发生体积变化，从而使得扭矩限定值在设定值范围内发生一定的变化，影响到其使用性能。因此，在实际的使用过程中需要根据不同的温度选择合适的打压曲线，保证设定压力值在允许的范围内变动。

3.2.2. 打压不宜过频繁

由于每次对联轴器的打压都涉及到密封件、剪断管等零部件的安装，一旦安装不精确，将会影响到联轴器的工作性能。因此，随着打压概率的增加出现问题的概率也会增加。另外，当法兰套在高压膨胀和卸压收缩之间频繁转换时，同样会造成焊缝的疲劳，最终导致开焊现象的发生。因此，使用过程中不宜频繁打压，而且在重复打压时要将打压值适当提高。

参考文献：

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