关于830E卡车24v发电机转轴及皮带轮的改造

摘 要：830E卡车24V发电机原转轴与皮带轮的连接属于过盈配合，在日常的使用过程中，经常会出现转轴与皮带轮之间的间隙变大，进而会产生皮带轮的旋转与充电机转轴不同步，最终导致充电机转轴、皮带轮磨损严重，无法修复。通过对转轴及皮带轮的结构进行分析，决定将它们之间的连接方式改造为普通键连接，改造后充电机的运行更加稳定、可靠，极大地降低了设备的故障率，同时也减少了维修成本。

关键词：830E 发电机 转轴

Abstract： 24V generator of 830E truck connected to the original shaft and pulley belong interference fit， in everyday use， is often a gap between the shaft and the pulley becomes large， and thus produces a rotating pulley shaft is not synchronized with the charger， the final cause charging machine shaft， pulley badly worn beyond repair. Through the shaft and pulley structure analysis， we decided to transform the way for the spline connection between them， run charger after the transformation is more stable， reliable and greatly reduce the failure rate of the equipment， while also reducing maintenance costs.

Keywords： 830E，Generator， Shaft

前 言

神華准能黑岱沟露天煤矿830E电动轮驱动卡车10台，24V发电机是整车供电系统的关键部位，由于露天矿坑下路面较为复杂、颠簸起伏，再加上皮带传动本身具有不稳定性，因此导致皮带轮和转轴之间受力复杂，而它们之间主要是靠摩擦力进行传动连接的，一旦所受外力值超过摩擦力的极限，就会导致皮带轮和转轴连接部位出现打滑现象，这样就会导致发电机工作性能不稳定，使用寿命明显缩短，降低了设备的出动率。

1 发电机工作原理

24V发电机属于旋转电枢式发电机，只有一个线圈，起点和终点分别接在轴心上，又通过电刷引出发电机外供用电器使用，总共两根线，随意接在负载上即可。当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当皮带带动发电机转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势，这就是交流发电机的工作原理。[1]

由原动机（即发动机）拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n（rpm）旋转，三相定子绕阻便感应交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出，经过发电机内部的整流桥将交流电转换成直流电从输出端子输出。

交流发电机分为定子绕组和转子绕组两部分，三相定子绕组按照彼此相差120度电角度分布在壳体上，转子绕组由两块极爪组成。当转子绕组接通直流电时即被励磁，两块极爪形成N极和S极。磁力线由N极出发，透过空气间隙进入定子铁心再回到相邻的S极。转子一旦旋转，转子绕组就会切割磁力线，在定子绕组中产生互差120度电度角的正弦电动势，即三相交流电，再经由二极管组成的整流元件变为直流电输出。

当开关闭合后，首先由蓄电池提供电流。电路为：蓄电池正极→充电指示灯→调节器触点→励磁绕阻→搭铁→蓄电池负极。此时，充电指示灯由于有电流通过，所以灯会亮。但发动机起动后，随着发电机转速提高，发电机的端电压也不断升高。当发电机的输出电压与蓄电池电压相等时，发电机B端和D端的电位相等，此时，充电指示灯由于两端电位差为零而熄灭。指示发电机已经正常工作，励磁电流由发电机自己供给。发电机中三相绕阻所产生的三相交流电动势经二极管整流后，输出直流电，向负载供电，并向蓄电池充电。

2 发电机改造原因

830E卡车24V发电机原转轴与皮带轮的配合属于过盈连接，其原理是由于材料具有弹性，在包容件（孔）和被包容件（轴）配合表面产生压力，当连接受到轴向力、转矩或二者合力时，会产生相应的摩擦力或摩擦力矩以承受或传递外载荷。[2]但是在日常的使用过程中，经常会出现转轴与皮带轮之间的间隙变大，进而会产生皮带轮的旋转与充电机转轴不同步，最终导致充电机转轴、皮带轮磨损严重，无法修复，在增加了维修成本的同时，也给维修人员增加了劳动量。

3 改造方式-键连接

键连接是通过键实现轴和轴上零件间的轴向固定以传递运动和转矩，有些类型可以实现轴向固定和传递轴向力，还有些类型能够实现轴向动联接。[3]键连接装配中，键（一般用45号钢制成）是用来连接轴上零件并对它们起轴向固定作用，以达到传递扭矩的一种机械零件。[4]键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。

（1）平键连接

平键按用途分有三种：普通平键、导向平键和滑键。平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因而应用广泛。

普通平键用于轮毂与轴间无相对滑动的静连接。按键的端部形状不同分为A型（圆头）、B型（方头）、C型（单圆头）三种。A型普通平键的轴上键槽用指状铣刀在立式铣床上铣出，槽的形状与键相同，键在槽中固定良好，工作时不松动，但轴上键槽端部应力集中较大；B型普通平键轴槽是用盘状铣刀在卧式铣床上加工，轴的应力集中较小，但键在轴槽中易松动，故对尺寸较大的键，宜用固定螺钉将键压在轴槽底部；C型普通平键常用于轴端的连接。

导向平键和滑键均用于轮毂与轴间需要有相对滑动的动连接。导向平键用螺钉固定在轴上的键槽中，轮毂沿键的侧面作轴向滑动；滑键则是将键固定在轮毂上，随轮毂一起沿轴槽移动。 导向平键用于轮毂沿轴向移动距离较小的场合，当轮毂的轴向移动距离较大时宜采用滑键连接。[5]

（2）半圆键连接

半圆键连接的工作原理与平键连接相同，轴上键槽用与半圆键半径相同的盘状铣刀铣出，因此半圆键在槽中可绕其几何中心摆动以适应轮毂槽底面的斜度，半圆键连接的结构简单，制造和装拆方便，但由于軸上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般多用于轻载连接，尤其是锥形轴端与轮毂的连接中。[6]

（3）楔键连接

楔键的上下表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均具有 1：100的斜度。装配后，键楔紧于轴槽和毂槽之间；工作时，靠键、轴、毂之间的摩擦力及键受到的偏压来传递转矩，同时能承受单方向的轴向载荷。[7]

（4）切向键连接

切向键由两个斜度为 1：100 的普通楔键组成。装配时两个楔键分别从轮毂一端打入，使其两个斜面相对，共同楔紧在轴与轮毂的键槽内，其上、下两面（窄面）为工作面，其中一个工作面在通过轴心线的平面内，工作时工作面上的挤压力沿轴的切线作用。因此，切向键连接的工作原理是靠工作面的挤压来传递转矩，一个切向键只能传递单向转矩，若要传递双向转矩，必须用两个切向键，并错开120度-135度反向安装。切向键连接主要用于轴径大于 100mm 、对中性要求不高且载荷较大的重型机械中。[8]

24V发电机内部由于皮带轮与转轴连接后外部仍有固定锁母加以紧固，它们之间无相对滑动，并且传递的力矩也较小，因此，我们选择普通平键连接，具体尺寸为键宽4mm，键高3.8mm，键长24mm。

图1 改造后的转轴与皮带轮

4 结语

本文主要介绍了830E卡车24V发电机转轴与皮带轮在日常的使用过程中出现间隙变大这一故障现象，然后对其进行了原因分析，最终制定出了具体改造方案。经过一段时间的观察，我们发现经过改造后的充电机运行稳定性得以提高，同时也减少了充电机、皮带轮及皮带的损耗，确保了设备的正常运行，实现了企业的降本增效，同时也有效地提高了设备的出动率，保证了神华准能黑岱沟露天煤矿的正常运行。

参考文献

[1] 王兆安.电力电子技术（第五版）[M].北京：机械工业出版社，2007，8-15.

[2] 于靖军.机械原理[M].北京：机械工业出版社，2013，13-17.

[3] 秦大同.现代机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2011，15-22.

[4] 杨家军.机械原理（第2版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2014，4-15.

[5] 吴宗泽.机械零件设计手册（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2013，12-22.

[6] 赵汝星.矿山机械运行与维护[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2010，13-19.

[7] 张展.实用机械传动装置设计手册[M].北京：机械工业出版社，2012，22-35.

[8] 孙靖民.机械优化设计（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2012，13-18.

作者简介：孙回春（1987-）男，本科，神华准能设备维修中心汽修车间重卡钳工，籍贯：内蒙古呼和浩特市，毕业：2012年7月毕业于内蒙古科技大学，环境工程专业，工学学士，身份证号：15012319870611363x