梅花型联轴器的应用及分析*

陈庆贺，梁大海

(中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原 030006)

0 引言

梅花型联轴器是机械传动中主要用来连接2个转动轴，从而达到传递扭矩或旋转角度的机械零部件;也可以用于安全装置的设备保护;运动过程中轴与轴之间不能分离，只能在设备停止运转时方可拆分分离。梅花型联轴器以聚氨脂塑料为弹性元件与二半联轴器主体紧密组合，主体以进口配方合金铝为主。中间聚氨脂塑料元件以独有配方配制，具有耐磨性高、抗温性好、韧性强，与一般普通塑胶件质量稳定耐用。梅花型体有6瓣和8瓣之分，固定方式有键槽［1］。

1 梅花型联轴器的优点

梅花型弹性联轴器主要由2个带凸齿密切啮合并承受径向挤压以传递扭矩，当两轴线有相对偏移时，弹性元件发生相应的弹性变形，起到自动补偿的作用［2－3］。

梅花型弹性联轴器主要适用于起动频繁、正反转、中高速、中等扭矩和要求高可靠性的工作场合;相比于其它联轴器，梅花型联轴器具有以下优点。

(1)工作稳定可靠，具有良好的减振、缓冲和电绝缘性能。

(2)结构简单，径向尺寸小，重量轻，转动惯量小，适用于中高速场合。

(3)具有较大的轴向、径向和角向补偿能力。

(4)高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油，承载能力大，使用寿命长，安全可靠。

(5)联轴器无需润滑，维护工作量少，可连续长期运行。

梅花型联轴器广泛适用于冶金、矿山、石油、化工、起重、运输、轻工、纺织、水泵、风机等工作场所。

2 梅花型联轴器故障及故障分析

(1)没有选择正规厂家产品，质量不合格，在应用中出现梅花型塑料元件被压溃现象。

(2)在半联轴节加工中，机床精度不高或凸齿处毛刺未清理干净，梅花型联轴器在安装时，中间的梅花型塑料元件被划伤，影响了其寿命。

(3)在安装过程中，没有正确的安装方法，2个半联轴节安装不对中，致使梅花型塑料元件在使用中被压溃［4］。

针对2个半联轴节不对中时对梅花型元件的影响，运用Ansys软件进行仿真分析，设定联轴器转速为1 500 r/min，得出梅花型元件分别在对中、偏移0.5 mm、偏移1 mm三种情况下的应变图及位移图。比较图1～3应变图可以看出:在2个半联轴节对中完好的情况下，梅花型元件应变值很均匀;当2个半联轴节对中性偏移0.5 mm时，梅花型元件局部应变值为对中时的约1.4倍;当2个半联轴节对中性偏移1 mm时，梅花型元件局部应变值为对中时的约2倍。比较图4～6位移图可以看出，当2个半联轴节对中性偏移0.5 mm时，梅花型元件局部应变值为对中时的约3倍;当2个半联轴节对中性偏移1mm时，梅花型元件局部应变值为对中时的约6倍。由此可得出，在2个半联轴节安装时，对中的偏移量大于产品的允许偏移量时，梅花型元件所受的应变值及位移值分别成不同倍数增加［5～7］。

图1 对中时梅花型元件应变图

图2 对中时梅花型元件位移图

图3 偏移0.5 mm时梅花型元件应变图

图4 偏移0.5 mm时梅花型元件位移图

图5 偏移1 mm时梅花型元件应变图

图6 偏移1 mm时梅花型元件位移图

对于第1项故障，选择一个正规厂家产品即可解决;对第2项故障，应控制两半联轴节的加工精度，在加工完成后，及时对一些加工倒刺进行清理打磨;对第3项故障，我们应充分认识联轴器在安装时对中的重要性，了解并掌握梅花型联轴器的安装技巧，避免很多不必要的损失。

3 梅花型联轴器安装方法

梅花型联轴器的使用越来越广泛，但很多场合对安装梅花型联轴器的细节问题不很清楚，造成梅花型联轴器损坏率较高，带来了很多经济损失。以下为梅花型联轴器的安装技巧。

(1)安装前应首先检查原动机和工作机两轴是否同心，两轴表面是否有包装纸和碰伤，梅花型联轴器2个半联轴节内孔是否有杂物，内孔棱边是否有碰伤;如有应将轴、半联轴节清理干净，碰伤用细锉处理好。然后检查2个半联轴节的内孔直径和长度是否同原动机、工作机的直径和轴伸长度尺寸相符。一般选型时，让原动机和工作机端半联轴节长度小于其轴伸长度10～30 mm为好。

(2)为了便于安装，最好是将2个半联轴节放在120°～150°的保温箱或油槽中进行预热，使内孔尺寸涨大很容易装上。安装后保证轴头不能凸出半联轴节断面，以齐平为好。检测两半联轴节之间的距离:沿半联轴节的法兰盘两内侧测出3～4点的读数取平均值，及加长段与两个膜片组实测尺寸之和，两者误差应控制在0～0.4 mm之内。

(3)找正:用百分表检测两半联轴节法兰盘断面和外圆跳动，当法兰盘外圆小于250 mm时跳动值应不大于0.05 mm;当法兰盘外圆大于250 mm时，跳动值应不大于0.08 mm。

(4)安装螺栓:把螺栓从法兰盘小孔外侧穿入，从另一件法兰盘大孔外侧穿出套上缓冲套、弹性垫圈，拧上螺母，用扳手将螺母把紧。如安装不适或拆除更换，又不损伤轴及半联轴节;安装完毕后，转动自如无憋劲为好。

另在实际使用时，在启动设备前应先检查梅花型联轴器的螺母是否有松动或脱落，如有应及时将螺母用扳手把紧。

4 效果对比

以中国煤炭科工集团太原研究院有限公司设计生产的某设备为例，从2008年至今，该设备在全国各煤矿使用共19台。在井下使用过程中，设备所用的梅花型联轴器故障濒出。后经技术人员现场查验并对故障分析，发现梅花型联轴器的正确安装与否对其寿命起着决定性的作用。2010年以来，针对该类联轴器，制定了专项安装指导说明，并付诸于新设备的装配及在用设备的更换。统计发现，梅花型联轴器的使用寿命有了明显提高。表1是该设备梅花型联轴器的使用情况统计。

表1 某设备梅花型联轴器使用情况统计表

从表1可以得到联轴器的使用情况分析图7。从图7可以出，2010年以前即没有制订专项安装指导说明前，梅花型联轴器的损耗数呈不稳定状态，损耗量在0～0.10个/万吨，平均损耗量为每万吨过煤0.081 7个。其主要原因为梅花联轴器安装不规范，受控因素较少，安装随意性较大。2010年后使用的设备中，联轴器的损耗量大幅下降，每万吨损坏量仅为0.026 7个，较以前损耗量降低2倍。而且，联轴器在每台设备上损耗数量呈稳定状态，损耗量在0～0.667个/万吨。由此可以看出，对联轴器的正确安装，不仅直接节约了大量成本，而且保证了设备的开机率，间接地创造了很高的经济效益。

图7 某设备梅花联轴器使用情况分析

5 结论

(1)通过对梅花型半联轴节对中情况的模拟分析，表明2个半联轴节安装时，对中的偏移量大于产品的允许偏移量时，梅花型元件所受的应变值及位移值分别成不同倍数增加，最终导致梅花型联轴器的压溃损坏。

(2)针对梅花型联轴器而制订的专项安装说明从实施效果来看，实施以后联轴器的损耗量降低大约2倍。

总之，引起梅花型联轴器产生故障的因素较多，既有产品质量问题，也有现场装配方法问题。因此，在实际使用中，不仅要重视产品检验，还应该要装配细节进行认真分析，并找出合理解决办法，减少和防止此类故障的发生，增强设备的稳定性和可靠性，提高生产效率。

［1］ 黄文虎，夏松波，刘瑞岩.设备故障诊断原理［M］.北京:科学出版社，1996.

［2］ 刘 娅，潘汉军，陈 进.联轴器对中误差的特点［J］.机械传动，2005，29(5):4－7+13－87.

［3］ 刘占生，赵 广，龙 鑫.转子系统联轴器不对中研究综述［J］.汽轮机技术，2007，49(5):321－325.

［4］ 万 召，荆建平，孟 光，等.弹性联轴器不对中转子－轴承系统的非线性动力特性及稳定性研究［J］.振动与冲击，2012，31 (24):20－25.

［5］ 梅 庆，力 宁.弹性联轴器动力特性分析与实验研究［J］.振动与冲击，2008，27(6):128－131+192.

［6］ 陈广球，张艳春，田明泉.某发电机前联轴器与轴连接结构的弹塑性应力分析［J］.汽轮机技术，2010，52(2):95－98+143.

［7］ 梅 庆，王月华，刘飞春.弹性联轴器结构与动力特性分析［C］.第十三届发动机结构强度振动学术会暨中国一航材料院50周年院庆系列学术会议论文集［A］.北京，2003.