立式電機液壓泵的聯軸器同軸度問題分析與改進

王 君

（山東華宇工學院，山東 德州 253000）

0 引言

聯軸器俗稱靠背輪或對輪，它是用來連接主動軸和從動軸的一種特殊裝置。在軸系連接設計中，保證聯軸器前后軸的同軸度是非常重要的指標。同軸度是指兩個相互連接的軸線同軸的程度，其誤差值是以與基準軸線同軸的軸線為定位基準軸線。同軸度誤差是反映在橫截面上的圓心的不同心，聯軸器的同軸度需要控制兩軸的軸心之間同軸誤差。軸系中的同軸度誤差過大將會在軸和聯軸器中引起較大的應力，并將嚴重影響到軸、軸承和軸上其他零件的正常工作，甚至會引起整臺及其和基礎的振動和損壞事故[1]。所以針對立式電機安裝的聯軸器同軸度問題，在支架結構、定位面、定位精度以及相關零部件的選取方面做了分析和調整。并按照調整后的結構進行裝配和試運行，有效地提高了設備的同軸度，進而防止液壓油的外泄，保證了設備的正常運行，提高了未來液壓泵的更廣泛應用。

1 現有安裝方式

以蝸輪蝸桿傳動液壓泵立式安裝電機為例，電機豎直安裝在液壓泵的上面，通過梅花聯軸器連接電機軸和液壓泵軸[2]。梅花聯軸器如圖1所示。

圖1 梅花聯軸器

梅花聯軸器中間帶有彈性體，具有良好的減振、緩沖和電氣絕緣性能，同時也具有較大的軸向、徑向和角向補償能力。其結構簡單，徑向尺寸小，重量輕，轉動慣量小。液壓泵外殼與電機之間由立式電機支架器連接，電機軸與液壓泵蝸桿軸之間由梅花聯軸器安裝。同時為了防止泵內的油液泄露，在蝸桿軸上安裝油封，油封靠油封支架來固定[3]。如圖2所示。

圖2 聯軸器裝配圖

立式電機支架設計時通過控制配合面的同軸度來控制立式電機支架的不對中問題。以流量為5000 g/min的液壓泵為例，連接電機和液壓泵的立式電機支架的加工尤為重要，電機支架的配合尺寸的加工要求如下：

（1）立式電機支架的加工尺寸：電機支架與泵殼之間靠止口定位，所以電機支架的上定位止口和下定位臺階的同周報要保證在0.05 mm內，所以電機支架的下定位臺階的加工要以其上定位止口的為基準進行加工。

（2）泵殼加工尺寸：為保證泵殼上遠離電機一側的軸承孔同軸度在0.05 mm內，其加工尺寸應以靠近電機側的圓錐滾子軸承孔為準。

如圖2所示，立式電機支架設計成上方是止口，下方是定位臺階的形式。安裝時上止口與電機的定位臺階相互配合，下定位臺階與泵殼的止口相互配合，這樣可以更有效地保證電機軸與液壓泵蝸桿軸之間的同軸度。

各相互配合的尺寸為：

（3）油封支架外形如圖3所示。

圖3 油封支架

2 存在弊端以及問題

按照上述方式加工的零件配合之后在工作前期會出現聯軸器異響及油封漏油的現象，在工作一段時間之后出現梅花聯軸器膠合以及斷裂的現象。同時由于電機支架之間密封墊片老化之后存在清理不徹底的情況，導致后續電機支架安裝平整度不符合要求，同時由于現場測量設備不夠，無法測量。電機支架下臺階與泵殼止口之間的配合尺寸為80 mm，止口深度為2 mm，相對于整體支架尺寸來說偏大，安裝時易發生支架不能準確裝入泵殼止口的情況，導致支架有翹曲的現象，影響設備的同軸度[4，5]。對于示例液壓泵的具體問題如下：

（1）在設計圖紙中，泵殼止口與立式電機支架臺階的配合未規定同軸度，這種情況易導致電機軸和蝸桿軸不同軸的問題，從而出現聯軸器內部有異響并且容易損壞的狀況出現。

（2）生產過程中正常維護維修的一些液壓泵，因為操作不當泵殼與立式電機支架之間的舊墊片沒有清理干凈，導致立式電機支架安裝不平，出現翹起的現象，同樣也會影響蝸桿軸和電機軸之間的同軸度。

（3）電機支架止口的直徑做得過大，使立式電機支架不易完全地裝配進泵殼，導致電機支架出現翹起的現象。

（4）立式電機支架分別與泵殼和電機的配合同軸度加工無法達到要求，使設備出現異響和聯軸器破壞的現象。

（5）由于電機軸和蝸桿軸不同軸的問題，泵內的軸承容易發生損壞，從而污染泵內的液壓油，進一步破壞設備內部其他重要零部件。

（6）泵殼內部安裝軸承的軸承孔存在同軸度不滿足要求的現象。

（7）聯軸器安裝不正后導致軸承發生損壞。

（8）油封支架安裝間隙變量較大。

通過分析聯軸器的安裝和加工對設備所帶來的問題，找出調整聯軸器同軸度的方式，可以得出影響立式聯軸器同軸度的主要因素有立式電機支架的加工精度和安裝工藝，以及各配合尺寸的形位公差的確定，同時還受生產安裝是否合規的影響[6]。首先從聯軸器的選型開始，調節合適的加工工藝，改變安裝方式，盡量避免因為工藝問題所帶來的不良后果。

3 聯軸器選型

聯軸器的類型有很多，根據其內部是否包含彈性元件，可以劃分為剛性聯軸器和彈性聯軸器兩大類。剛性聯軸器由剛性傳力件組成，又可分為固定式和可移動式兩類。固定式剛性聯軸器不能補償兩軸的相對位移，可移式剛性聯軸器能補償兩周的相對位移[7]。彈性聯軸器包含有彈性元件，能補償兩軸的相對位移，并具有吸收震動和緩和沖擊的能力，故應用十分廣泛。最為常見的彈性聯軸器為彈性圓柱銷聯軸器、輪胎聯軸器及梅花形彈性聯軸器。彈性圓柱銷聯軸器與凸緣聯軸器類似，只是用套有彈性圈的注銷代替了連接螺栓；并且其他的彈性聯軸器的連接體部分都是有柔性材料組成。對于小型立式電機安裝來說，優先選用梅花聯軸器[8]。

梅花形彈性聯軸器具有高彈性，較好的阻尼減震特性，可以吸收和降低動力裝置輸出轉矩的波動，并且梅花形聯軸器無需潤滑，維護工作量較少，可以連續長期運行[9]。根據所列液壓泵的尺寸，內部的蝸桿直徑為?20 mm，安裝方位為豎直安裝。根據梅花聯軸器廠家提供的數據，20 mm范圍內的梅花聯軸器的同軸度要求為±0.02 mm。

根據要求現將聯軸器相關部件的設計進行如下更改。

4 針對問題采取的措施

（1）油封支架結構的更改

根據問題描述，把油封支架進行了改進。改進后的支架如圖4所示。

圖4 油封支架結構圖

在油封支架上增加直徑為?60 mm，厚度2 mm的臺階。油封支架通過螺紋固定在泵體上，增設臺階使其安裝松緊度靠機加工精度保證，不用工人擰緊力度保證，增加了安裝的牢固性和可靠性。以螺紋面M56×2尺寸為基準，如圖增設圓柱面?50.5±0.01 mm

（2）更改電機支架的設計

更改電機支架的設計，如圖5所示。

圖5 電機支架結構圖

電機支架通過油封支架進行徑向和軸向定位。刪除電機支架與泵殼的下定位臺階，由油封支架外圓柱面?50.5±0.01 mm與mm電機支架進行徑向定位。電機支架的同軸度mm和mm同軸度保證在0.02 mm內。

（3）對于同軸度要求在0.02 mm以內的加工部位，在機床上加工時，要選擇恰當的裝夾部位，使有同軸度要求的加工面一次性加工完畢，不可再換位裝夾，以免出現裝夾不嚴格導致同軸度出現誤差過大的情況出現[10]。

（4）取消立式電機支架與泵殼之間安裝墊片的使用。

除了對泵體結構的加工進行相關的改進設計，還要對設備進行嚴密監測。例如監測液壓油的性能狀態，當出現油液性能不滿足液壓泵的運行要求時，要及時更換油液。另外把蝸桿軸上下的同軸度尺寸列入零件質量的重點監控對象，進行重點監測。同時安裝時要避免暴力安裝，嚴格按照安裝工序工藝進行，保證梅花聯軸器，立式電機支架，蝸桿軸等裝正到位[11]。

更改后的立式電機液壓泵聯軸器的結構如圖6所示。

圖6 更改后聯軸器安裝圖

通過對液壓泵的結構進行更改，大大改進了零部件的加工效率，同時也避免了因為加工工藝帶來的尺寸精度不符合要求的問題出現。裝配過程也更簡便，提高了工人的工作效率[12]。結構改進之后，對液壓泵進行相應的試運行，試運行過程對其運行過程進行監控，其因同軸度不符帶來的問題得到了相應的改觀，提高了設備的運行精度，壽命得到了延長[13]。

5 結語

通過對立式電機液壓泵的聯軸器同軸度問題的分析，可以發現立式電機支架和油封支架的安裝面加工精度是影響立式聯軸器安裝同軸度的最主要的原因。經過技術分析，對相關零部件的結構和尺寸進行調整，針對加工和安裝兩方面存在的問題對立式電機支架、油封支架以及泵殼等部件都做了調整改進。并且通過對新型結構的液壓泵進行試運行可以發現，上述結構和尺寸的改進是切實可行的，同時調整后的對中準確性以及工作效率得到了很大的提高[14]。

液壓泵應用廣泛，如龍門刨床、拉床、液壓機、工程機械、礦山冶金機械、船舶上得到廣泛的應用[15]。立式電機液壓泵轉速快，對同軸度要求高。經過分析相關問題并做出來結構改進，使結構優化后的液壓泵使用情況良好，并保證了液壓泵可以在額定工況下長期穩定運行的要求。