变矩器与变速箱万向传动联接结构分析

陈昌尾 何 柳 黄新源 解 放

(中国船舶重工集团公司第七一一研究所, 上海 201108)

0 引言

在设计通过万向传动节两端与变矩器输出轴、变速箱输入相连接的联轴节时，不仅要考虑两者之间传动连接尺寸的要求，还要知道万向节与联轴节安装工艺的特定要求，才能设计好联轴节与输入、输出轴的安装结构。

1 问题描述

在设计SD7液力机械变矩器性能试验的工装中，将原出厂试验台架输入端的皮带轮改为联轴节，借用皮带轮安装结构中的平键和螺栓及压板，联轴节与输入轴为固定安装结构，如图1所示。联轴节再与万向节固定连接，万向节另一端联轴节与传感器输出端的接盘固定连接。

当开始做性能试验，电机以每分钟两千转的速度带动SD7液力机械变矩器旋转时，几十秒后，试验台架输入端就冒出青烟，马上停车，检查盖很烫，输入轴转不动，盖和环咬住了。等盖冷却后，拧下盖的螺栓，盖和环还是卡在一起，要拆开万向节，由于此处万向节两端联轴节都是固定安装结构，拆卸很不方便，试验台架必须移开点距离才拆下万向节。再拆下盖和环看里面轴承，还算好，及时停车，轴承没坏。只需将咬毛的环外圆车光还可安装使用。

当再安装时，输入轴上的联轴节不用螺栓和压板压住，使联轴节与输入轴的安装结构变为滑动安装结构，这样安装万向节就方便，不用移动试验台架。再做性能试验，试验台架输入端一点也不发烫了，性能试验顺利完成。

为什么改变了联轴节与输入轴的安装结构，由固定改为滑动后，就排除了故障隐患，试验台架的输入端就不再发烫、冒青烟了？

2 分析原因

在推土机用液力变矩器的输出端或输入端，都用万向节来做传动联接。分析推土机中万向节两端联轴节与输入、输出轴的安装结构，了解推土机中液力变矩器、变速箱和万向节的安装工艺，有助于找到以上问题的原因。

图1 试验台架输入端联轴节安装结构示意图Fig.1 Schematic diagram of the installation structure of the coupling end of the test bench

2.1 推土机中万向节两端联轴节与输入、输出轴的不同安装结构

TY220推土机中用万向节将液力变矩器输出端与变速箱输入端连接起来，液力变矩器输出端联轴节与输出轴的安装结构如图2所示，联轴节的内花键插进输出轴的外花键，到安装位置后，还可向里移动10毫米，联轴节与输出轴是滑动安装结构。变速箱输入端的联轴节与输入轴的安装结构是固定安装结构，在输入轴端面用螺栓和压板压住联轴节。所以万向节两端联轴节与输入、输出轴的安装结构是不同的，一端是固定安装结构，另一端是滑动安装结构。万向节两端联轴节的不同安装结构与推土机中变速箱和万向节的装配工艺密切相关。

图2 联轴节滑动安装结构示意图Fig.2 Schematic diagram of sliding joint installation structure

2.2 变速箱和万向节的装配工艺

万向节两端联轴节的不同安装结构取决于推土机的装配工艺，在安装固定好发动机和液力变矩器后，为保证变速箱输入轴轴线与液力变矩器输出轴轴线同轴度的安装要求，先确定变速箱安装的位置，保证两端联轴节中间距离有万向节的安装宽度，再校调变速箱输入轴轴线与液力变矩器输出轴轴线的同轴度在φ0.5毫米之内，固定好变速箱后，再安装连接变矩器输出端和变速箱输入端的万向节。

在安装万向节时，万向节两端的液力变矩器和变速箱都已是安装固定好不能再移动的，如果两端的联轴节也都是固定安装结构的话，由于联轴节上止口台阶高出安装平面4毫米，允许万向节装入两联轴节中间的宽度比万向节的安装宽度小了8毫米，万向节无法装入两固定的联轴节中。只有一端的联轴节是滑动安装结构，并可向液力变矩器内移动8毫米以上，万向节才能装入两联轴节中。万向节装入两联轴节中后，联轴节再移回来，万向节镶嵌进两端联轴节的止口定位中，再拧紧螺栓。这就是万向节的安装过程和装配的特定要求。

万向节两端联轴节与输入、输出轴设计成不同的安装结构，是为了满足装配中的两个必要条件：

① 向节两边变矩器和变速箱是不可移动的；

② 万向节与联轴节止口定位连接的结构，决定了万向节装入两联轴节的宽度要比其安装宽度大8毫米以上。

所以万向节两端联轴节与输入、输出轴的安装结构要设计成一端固定、另一端滑动的组合安装结构。

2.3 试验台架输入端发烫、冒烟的原因分析

有一种意见认为：是由于万向节两端输出轴和输入轴安装不同心，万向节旋转后造成输入轴偏心，环与盖之间的间隙小于偏心才产生摩擦，造成试验台架的输入端发烫、冒青烟，与轴承无关，只要将环的外圆车小1毫米，就不再会发生这种故障。实际这种出厂试验台架共制造了5台，4台都已用在出厂试验台上，应该说，皮带拉动皮带轮产生输入轴的偏心比万向节不同心旋转产生的偏心量要更大，根据已用于出厂试验的4台试验台架的输入端都未出现发烫、冒青烟的情况，可以判断这种原因发生的概率不大。更有道理的原因应该是：万向节两端联轴节与输入、输出轴的安装结构，由两端都固定，改为一端固定一端滑动，才使这种故障不再发生。以下来分析万向节两端联轴节与输入、输出轴都是固定安装结构时，安装万向节的过程和细节。

在安装万向节时，由于万向节两端联轴节与输入、输出轴都是固定安装结构，为满足万向节装入两联轴节的宽度要比其安装宽度大8毫米以上的必要条件，万向节两边的试验台架和传感器底座，就必须有一边是可移动的。由于传感器与电动机联成一体是不可移动的，只好移动试验台架。

在万向节装入两边联轴节之中后，必须移动试验台架靠近万向节，由于万向节在中间，试验台架不可能正好移到安装位置，还差点距离就移不动了，这时拧紧万向节和联轴节的连接螺栓，靠螺栓拧紧的拉力，将联轴节拉到安装位置，同时联轴节和输入轴通过轴承也要拉试验台架到安装位置，由于试验台架和变矩器整体非常重，靠螺栓拧紧的拉力很难拉动到位，此时试验台架中的轴承就处于很大的轴向拉力之中。由于轴向拉力与旋转方向垂直，在检查时不用多少力就可转动万向节，这样以为安装没问题，就安装固定好试验台架。

当开始做性能试验，电机以每分钟两千转的速度带动变矩器旋转时，试验台架里处于很大轴向拉力之中的轴承很快就发热，由于环是铝的，热涨系数大，当轴承发热时，环受热膨胀，再加上万向节不同心旋转产生的偏心量，环与盖就发生摩擦，冒出了青烟。还算好，及时停车，轴承没坏。

从以上万向节安装过程和故障发生过程的分析，万向节两端联轴节与输入、输出轴都是固定安装结构的设计，存在着隐患。由于安装时未注意消除轴承上的轴向拉力，致使旋转时，轴承发热，这是造成这次故障的主要原因。所以当再安装时，输入轴上的联轴节不再用螺栓和压板压住，使联轴节与输入轴的安装结构变为滑动安装结构。这样输入轴上的轴承不再受到轴向拉力的影响，恢复到自然状态，因此，再做性能试验时，试验台架的输入端就一点也不发烫了，保证了试验顺利完成。

3 结论

常用万向节两端联轴节与输入、输出轴的安装结构有三种。

第一种是两端都固定的安装结构。这种结构的缺点有两条。第一条，安装、拆卸不方便，必须整体移动万向节某一端的设备。第二条，如果安装不当，会使输入、输出轴上的轴承处于轴向拉力之中。当输入、输出轴旋转时，轴承会很快发热，如果润滑不及时就会烧坏轴承，即使润滑及时，也会加快轴承磨损，减少轴承使用寿命。

第二种是两端都滑动的安装结构。这种结构虽然安装方便，但万向节会在中间来回窜动，会加快磨损、加大噪音。

第三种是一端固定另一端滑动的组合安装结构。这种结构满足了万向节特定结构的安装要求，不会影响万向节两端物体的安装位置，也不会影响两端物体中轴承的可靠性和使用寿命。一般设计万向节两端联轴节与输入、输出轴的安装结构就应该选择这种一端固定另一端滑动的组合安装结构。

以上虽然是从分析变矩器中万向节的结构、安装工艺和设计试验工装中得到的经验，但这种经验对工程机械产品中设计同类型万向节两端联轴节与输入、输出轴的安装结构也有很好的借鉴意义。