动力输出轴（共7篇）
动力输出轴 篇1
1 设计背景
江苏清拖农业装备有限公司生产的拖拉机动力输出轴原为整体轴, 三包反馈整体轴发生断裂后, 维修更换成本大而且很麻烦, 故改进设计成分体式动力输出轴, 即把原整体的动力输出轴分成了动力输出中间轴和动力输出轴后段两个部分, 其在整体轴的基础上维修成本下降了很多。但市场反馈分体式动力输出轴仍有断裂现象, 维修保养时比较麻烦, 遂对分体式动力输出轴结构进一步分析和研究, 进行优化改进设计。
2 改进前的动力输出轴结构分析
动力输出轴改进优化前主要有65系列和80系列两种结构 (如图1、图2所示) 。
图1所示结构一采用法兰盘上带有键和键槽, 法兰盘用6根GB21-76小六角头螺栓M10X30-10.9 (镀锌) 联接, 并采用锁紧装置, 螺栓主要起将两个联接盘固定作用, 利用法兰盘上带有的键和键槽把扭矩从动力输出中间轴传递到动力输出轴Ⅱ (或动力输出轴Ⅰ) 。零件互换性比较差, 如果螺栓扭断, 断头在动力输出中间轴联接盘的螺纹孔中将难以拆除, 更换中间轴麻烦。
图2所示结构二采用6根自制的螺栓联接法兰盘, 两法兰盘中间有定位销轴结构定心, 靠6根螺栓的光杆把扭矩从动力输出中间轴传递到动力输出轴后段, 在变动载荷的农机具的冲击下, 联结固定螺母容易松动, 导致自制螺栓的光杆和螺纹接头断裂, 且螺栓断头的后半部分在动力输出轴的联接盘的孔中不好拆换, 动力输出中间轴更换麻烦。
3 改进优化的方案
为了减少零部件种类, 适应新产品的开发和产品链升级, 统一65系列和80系列动力输出轴的后半段, 动力输出后半段的零件装配互换性好, 现将原来分体式动力输出轴结构改进优化设计为:采用8根GB5783-2000六角头螺栓M14X30-10.9和4个锁片 (两两螺栓可靠锁紧) 联接法兰盘, 两法兰盘中间有定位销轴结构定心, 靠8根螺栓的预紧力产生的摩擦力把扭矩从动力输出中间轴传递到动力输出轴后段 (如图3所示) 。
4 优化方案联接结构的校核计算
4.1 单个螺栓所需预紧力计算
发动机的额定扭矩T0、额定功率P0、额定转速n0的关系:。
拖拉机配套农机具的工作扭矩为发动机标定功率 (转速) 时的扭矩值加上15%~20%的扭矩储备, 58.8 k W:P0=59 k W;n0=2 300 r/min, 齿轮传递效率为η=98%、传动比i=4.067 (动力输出轴扭矩最大时) 。
动力输出轴扭矩为
螺栓的拧紧扭矩为:Tf=KFfd (K≈0.25)
又受转矩的螺栓组联接时有:
可得各螺栓所需的预紧力为:
式中:f———接合面的摩擦系数, ri———第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离, z———螺栓数目, Ks———防滑系数, Ks=1.1~1.3。
式中:取防滑系数Ks=1.2, 摩擦系数f=0.13, 联接螺栓个数z=8, rz=0.038 5 m, 螺栓为GB5783-2000的M14*30-10.9级。
能把发动机扭矩传递给农机具时, 单个螺栓所需的预紧力:
4.2 螺栓理论预紧力计算
对于一般联接用的钢制螺栓联接的预紧力F0, 推荐按下列关系确定:
螺栓能够达到的预紧力为F0≤0.5×900×115=51 750 N=51.75 k N (M14*30螺栓10.9级) 。
4.3 安全系数
螺栓工作安全系数为:S=51.75/35.115≈1.5
5 结语
综上所述, 改进后的动力输出轴结构可靠, 安全系数比较高, 使用性能大大提高。经市场应用反馈, 改进后的分体式动力输出轴结构故障率很低, 极大地降低了维修保养成本, 易于实施, 在拖拉机行业具有广泛推广应用前景。
参考文献
[1]闻邦椿.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2010.
动力输出轴 篇2
一、分离操纵手柄接合困难
接合输出轴的目的是获得传动箱一轴的动力来驱动农机具, 但也有可能因操作不当而发生如下故障, 使动力输出轴分离操纵手柄接合困难。
1.轴和套端面碰伤
操作不当, 容易使轴和轴套的端面磨损、碰毛, 磨损和碰毛的花键联接套就更难接合, 必须进行修理。拆去座椅, 放出提升器的液压油, 拆去进、出油管、提升器总成和齿轮油泵, 拆去各挡卡簧, 使输出主动轴能够向后移动一小段距离。用油石条修磨碰毛的花键齿和齿槽, 到花键联接套能顺利地滑入一轴而无卡滞感觉为止, 并转动各齿槽分别套入检查。
2.轴和套配合过紧
使用新拖拉机时, 由于加工原因, 一轴和花键联接套可能接合较紧。这种情况可以在花键联接套已经套入一轴后, 将发动机熄火, 待一轴停止转动, 扳动输出轴分离操纵手柄, 分、合重复多次, 使之达到接合感觉顺利为止。
3.输出轴分离定位装置太紧
有些新拖拉机的输出轴分离定位片的钢球座钻孔较深, 边缘尖锐, 加之弹簧的弹力较大, 扳动输出轴分离操纵手柄要用较大的力量。这样一方面操纵不灵活, 另一方面也有可能要扳坏拨叉轴和拨头, 可以用砂条将定位片钻孔四周略为磨去一些尖棱, 擦去灰沙, 涂上润滑脂, 再拨动拨叉轴的定位弹簧处, 向外稍移动一些, 经过几次扳动就会灵活些。
二、分离操纵手柄失效
1.将输出轴分离操纵手柄合上后, 输出主动轴仍不转动, 手柄扳动感觉轻松。
2.将输出轴分离操纵手柄分开后, 输出主动轴仍不停转, 手柄扳动也感到轻松。
这两种故障都是动力输出轴拨头从花键联接套的拨叉槽中滑出, 对花键联接套失去了轴向控制能力, 要使其从动态转变为静态, 或从静态改变为动态, 都不可能, 这也将使拖拉机失去液压悬挂系统的提升能力。当遇到液压系统需要紧急卸荷时, 由于拨叉失效无法分离, 就只能采用使发动机熄火的办法来应付, 因此应该及时排除这种故障。
造成这两种故障的原因有二种:一个是定位小弹簧失去弹力;定位钢球从定位片中跳脱, 使花键联接套失去轴向限位, 从而使拨头从花键联接套的拨叉槽中滑出。
另一个原因是操纵手柄时用力过猛, 使传动箱内部的拨叉轴装拨头部分头部扭歪, 拨头滑出所致。
排除这两种故障都必须象前面提到的一样, 拆去提升器总成等件, 配上新的定位钢球, 装上拨头或将已扭歪的拨叉轴纠正后装上拨头继续使用。如果拨叉轴扭裂, 必须更换或用气焊来补救, 并对拨头孔进行铰削后才能继续使用。
3.当输出轴分离操纵手柄无论是合上或是分离, 输出主动轴始终不会停转。这种故障和前两种不同, 前者是失去对花键联接套的控制能力, 而后者并不失去控制能力, 只是花键联接套虽然能脱开一轴, 但是动力来源并未切断, 输出主动轴仍旧转动不停。
这种故障多是拆装齿轮油泵后发生的。由于齿轮油泵的动力是从一轴经输出主动轴, 通过十字接头传入的, 其中一轴和输出主动轴端面之间留有一定间隙, 以便将花键联接套拨开, 解除两根轴之间的牵连关系, 但有可能在装齿轮油泵时漏装垫片, 加之滚动轴承205的滚道磨松, 或在更换十字接头或输出主动轴时, 新零件轴向尺寸超长等情况, 使上述间隙消失, 甚至产生过盈而变形, 于是一轴和输出主动轴就可能发生端面摩擦而胶合, 使二者连成一体。因此, 即使拨开花键联接套也无济于世, 故障是在装上齿轮油泵后发生的, 泵上的主动齿轮轴端顶住十字接头, 而十字接头又顶住输出主动轴端面, 从而使间隙消失。
行走马达输出轴分体结构 篇3
履带式挖掘机是应用极其普遍的工程机械, 其驱动由液压马达与行星齿轮减速机构组成的行走马达总成实现。
通过对挖掘机实际检测和维修的经验总结, 发现马达输出轴和骨架油封的密封结合部位特别容易磨损。当磨损达到一定程度时, 液压马达跟减速机部分内部的油液会发生串流, 由于行星减速机内部的油液污物和杂质较多, 串流的油液会污染到柱塞马达, 对液压马达造成损伤。
而目前市场上使用的履带式挖掘机, 其液压马达输出轴为单体结构, 当发生磨损时, 必须更换整支输出轴。
1、减速机组件, 1-1、行星齿轮架, 2、中心齿轮, 3、马达输出轴, 4、紧定螺钉, 5、轴套, 6、骨架, 油封, 7、孔用挡圈, 8、矩形密封圈, 9、轴承, 10、马达壳体, 11、斜盘, 12、滑靴, 13、回程盘, 14、制动活塞, 15、缸体, 16、配流盘
1、减速机组件, 1-1、行星齿轮架, 2、中心齿轮, 3、马达输出轴, 4、紧定螺钉, 5、轴套, 6、骨架, 油封, 7、孔用挡圈, 8、矩形密封圈, 9、轴承, 10、马达壳体, 11、斜盘, 12、滑靴, 13、回程盘,
在更换磨损的一体结构马达输出轴和骨架油封时, 首先需要拆除行星减速机部分, 再拆开液压马达组件, 才能取出马达输出轴。而且在拆卸过程中, 必须要保证工作环境的绝对清洁, 防止对柱塞马达二次污染。整个过程非常繁琐, 费工费时, 工作效率低。
另外, 由于马达输出轴主要工作部位是花键连接处, 其强度较高, 磨损较少, 而损伤部位在马达输出轴和骨架油封的密封结合部位, 如更换整支马达输出轴, 则造成浪费。还有的做法就是在磨损的密封结合部位镀铬, 然后打磨、抛光, 但这样做维修时间又相对较长, 不利于实际的生产维修需要。
1输出轴分体结构的设计
为了解决上述技术问题, 将履带挖掘机行走马达输出轴原密封轴端处做成分体结构, 如图2, 即在马达输出轴与骨架油封之间设置轴套。在轴套内端与马达输出轴的台阶端面结合处, 安装有矩形密封圈, 防止减速机腔体和液压马达腔体中的液压油串流。骨架油封的右侧留有凸台, 左侧安装孔用挡圈, 避免其轴向窜动, 又方便其的拆卸、安装。
2 马达输出轴分体结构的更换过程
如图1、图2所示:当行走马达使用一定时间, 需要更换磨损的骨架密封和轴套时, 首先拆下减速机组件的后端盖, 然后依次取出一级行星架、中心轮、二级中心轮、行星齿轮架, 此时马达输出轴的轴端部分和骨架密封都完全的显露出来。先通过内六角扳手拆下两个紧定螺钉, 利用两个紧定螺钉孔将磨损的轴套取出, 然后拆下孔用挡圈, 利用取出轴套后留下的径向间隙, 通过工装取下磨损的骨架密封, 再取出矩形密封圈, 至此整个拆卸过程完成, 然后检查破损情况。
更换新的骨架密封和轴套时, 首先将马达输出轴的端部配合部分清洗干净, 先安装矩形密封圈, 然后轻轻压入骨架密封到预定位置后, 再将涂有润滑油的新轴套装入马达输出轴的端部, 拧紧紧定螺钉, 使轴套的右端面把密封圈挤压到马达输出轴的台阶端面上, 然后安装上孔用挡圈, 最后再依次安装上行星减速机部分。至此整个拆卸、更换安装过程结束。
3 结束语
当马达输出轴磨损严重时, 此分体结构只需要更换磨损的骨架密封和轴套, 而不需要更换整支马达输出轴, 减少了浪费。也不需要通过在结合部位镀铬, 然后打磨、抛光实现, 缩短了维修时间。而且在更换过程中只需要拆开行星减速机部分就可以完成实现, 而且不需要拆除柱塞马达这一关键部件, 防止其在拆卸过程中的二次污染。相对老式的整体式结构, 此分体式结构使维修过程更加的简单、方便, 大大缩短了维修时间, 提高了维修效率。
摘要：通过对挖掘机实际检测和维修反馈的总结, 发现马达输出轴和骨架油封的密封结合部位特别容易磨损。经改进后, 将马达输出轴做成分体结构, 即在马达输出轴与骨架油封之间设置轴套, 当发生磨损只需要更换轴套, 而且更换作业只需拆卸行星减速机部分就可以了, 而不用拆卸整个液压马达部分, 整个过程简单、方便, 大大缩短了维修时间, 提高了维修效率。
关键词：行走马达,轴套,马达输出轴
参考文献
[1]陈国俊.液压挖掘机 (原理、结构、设计、计算) [M].湖北:华中科技大学出版社, 2011.
[2]张信才.进口挖掘机液压系统结构原理与维修[M].辽宁:辽宁科学技术出版社, 2008.
大型输出轴调质质量控制技术研究 篇4
该输出轴上下端均有机械性能要求,输出轴属于空心轴,不仅轴颈长,并且附带行星架结构,其复杂的结构及壁厚的重大差异给热处理带来了很大的困难,热处理不仅要控制其变形,更要保证其质量,着重对工艺进行研究及工装辅具的开发,使热处理质量得到了有效的控制。零件材料42Cr Mo A,长度3 830 mm,外径540 mm,内孔为330 mm,行星架的部分直径为1 636 mm。材料淬透性差,调质后两端本体取样,由于输出轴是大型锻件不容易达到技术要求,在进行了工艺试验的基础上优化工艺,并采用平行起吊淬火的方法,解决两端本体机械性能的基本一致;该零件结构复杂,壁厚不一,且存在诸多尖角部位,淬火时,尖角部位应力集中易造成淬火裂纹,采用G油和预冷淬火的工艺方法,预防变形和开裂;设计制作了装炉底架,解决了由于卧式装炉造成零件变形的问题;制作了专用吊钳,解决了高温状态零件的平行起吊问题。
2 技术方案及措施
2.1 输出轴材料淬火特性分析
2.1.1 机械性能
机械性能要求如下:σb≥810 N/mm2,σs≥6102N/mm,δs≥11%,ψ≥32%,AKV≥22 J。
2.1.2 输出轴材料
输出轴材料为42CrMoA,材料成分见表1。
从材料具体成分分析,碳含量为中上线,淬透性合金元素Cr,Mn,Mo为中下线。
2.1.3 端淬试验
材料本体取样,正火:880℃×1 h/空冷,860℃×1 h/端淬水冷,结果见表2。
2.2 淬火介质的选择
42CrMoA材料的淬火介质一般采用水淬油冷、水基淬火液、机械油。采用前两种淬火介质,淬火冷却特性较好,有利于提高材料的淬透性,该零件体积大,结构复杂,厚薄不均,不适宜水淬油冷。根据现有条件和零件结构,准备采用好富顿G油为输出轴的淬火介质。
G油与N32机械油冷却特性取G油与N32机械油样本做冷却特性检测,两种油在80℃下冷却特性指标对比见表3。
a.G油的特性温度较高,最大冷速达到97.1℃/s,使淬火冷却阶段的前期具有很快而均匀的冷却速度,以保证一定截面厚度工件的冷却,不产生软点和非马组织,相应提高了材料的淬透性。
b.G油冷却至300℃的时间为20.4 s,N32机械油冷却至300℃的时间为31.5 s,冷却速度G油比N32机械油快54%,即在马氏体转变点以上的冷却快,提高了材料的淬硬层深度。
c.在淬火冷却的对流阶段(即马氏体转变开始阶段),Ms点时,冷却速度和N32机油几乎一样缓慢,降低了零件淬火变形的风险。
2.3 热处理工装设计
2.3.1 底座的设计
由于输出轴采用横卧式的装炉方法,要想保证零件的变形量在控制范围之内,这就对底座的设计提出了较高的要求,不仅要保证底座与炉底的平稳,还要保证零件放置在底座上后,在加热过程中不会产生很大的变形,所以根据零件结构的特殊性,设计了专用底座
2.3.2 抱钳的设计
零件的起吊是一难点,为了保证零件能从炉内平稳吊出顺利完成淬火过程,设计了专用抱钳,抱钳为组装件,由吊环、连接臂、报钳、挂钩等组成。报钳的圆弧半径、连接臂的长度、挂钩的位置、螺栓的强度等都经过精心的设计,而其中一个重要的环节是挂钩的脱钩问题。由于热处理为高温作业,为了避免报钳将零件夹紧后,人为脱钩的困难,解决高温状态零件的平行起吊问题,出炉前,利用挂钩张开报钳并定位,出炉时,报钳将零件夹紧后,利用吊钩的自重,自动脱钩,给安全、顺利操作带来了巨大的方便。
2.3.3 起吊装置
为了保证零件的平稳起吊,用两个抱钳将零件吊起,起吊装置的组成由:用来悬吊抱钳的链条及锁环、固定两个抱钳的平衡杆、连接两个链条的横梁(横梁与链条构成∏字形状)组成。
2.4 工艺的制定
2.4.1 工艺试验
输出轴是重点产品,以机械性能为验收指标,热处理工艺制定是根据其性能指标、材料及零件具体结构,制定计算出调质参考硬度。为了确保输出轴一次交件合格,在输出轴本体上取样进行了工艺试验,工艺为860℃×3 h/油冷+580℃×7 h/空冷。调质后,表面硬度为HB270,机械性能见表4。
试样试验机械性能合格,为输出轴的热处理工艺参数的确定提供了确切的参考数据,为其调质做了铺垫。
2.4.2 工艺的制定
输出轴属于大型锻件,加热过程中为了避免产生较大的内外温差和热应力,可能导致的零件内部开裂,必须控制其升温速度,并在650℃均温,减小表面与芯部的温差。由于输出轴行星架的结构复杂,存在诸多尖角部位,因此出炉前0.5 h温度下调10℃,降低零件表面温度,淬火时尖角部位预冷至780℃左右淬火,以降低尖角部位淬火温度,防治淬火裂纹。
2.5 实施
2.5.1 温场测试
生产设备的完好是热处理质量的保障,在零件进炉前对生产设备进行检查及零件在炉内的上下端位置进行了温度检测,检测结果为上下端温差4℃,温度均匀,满足工艺要求。
2.5.2 装炉和出炉
为了避免热态进炉时底座与炉底接触瞬间的冲击力可能导致零件装垫出现的松动,采用冷态装炉的方法,首先将炉底打扫干净后底座吊入炉中,确保底座与炉底间的平稳,然后对零件进行装垫,行星架两端与底座直接接触,其余未接触部分用专用斜铁支撑,确保零件装垫平稳。
由于零件在炉内的深度较深,加之高温作业,给出炉带来一定的困难,为了使零件顺利淬火,我们进行了淬火过程的预演,确定了行车的高度与位置,确保出炉起吊准确,一次成功。
3 热处理结果
3.1 表面硬度
输出轴尺寸较大,表面硬度的检测在零件两端和中部四个截面进行,每个截面在圆周上分别检测3点,检测结果见表5。
从数据可以看出,零件表面硬度均匀,硬度差最大HB17,说明零件的淬火效果良好。其表面硬度与工艺试验硬度基本相符。
3.2 机械性能
对输出轴上端及法兰端进行本体取样,机械性能见表6。
3.3 机械性能结果分析
由表6数据看出,零件法兰端性能合格而上端抗拉强度跟屈服强度比技术要求低10 MPa,抗拉强度低45 MPa,而零件两端的表面硬度基本一致。机械性能存在较大的差异是一种不正常的现象,初步分析,存在差异的原因在于:
a.输出轴属于大型锻件,大型锻件通常存在化学成分不均匀,成分偏析等特点,输出轴在粗车时由于毛坯加工量不够,导致上端取样部位不能满足工艺要求尺寸,使调质前取样部位存在大量的黑皮和锻造的缺陷。由于黑皮的存在,造成贫碳,降低了零件的淬透性。
b.由于零件上端轴颈取样部位材料不足,操作工操作不当,在对零件进行本体取样时,未按照工艺要求的位置取样,而将外圆取样部分全部车掉,在芯部内环取样,造成试样强度降低。
c.由于零件上端毛坯缺陷及取样的错误,造成试样机械性能低于技术要求。但是零件整体硬度均匀,另有工艺试验作为参考依据,故判定输出轴的调质性能基本符合技术要求,原样超差使用。
4 结论
通过多方面的努力,输出轴热处理的质量得到了较好的控制,突破了以往大型轴类零件常规的热处理方法,解决了热处理过程中的一些关键问题:
a.解决了长轴类零件垂直装炉所带来的上下端淬火效果存在的差异,导致零件性能不一致的问题。
b.解决了横卧装炉变形控制问题。
c.合理的工装设计,使进出炉的安全起吊,使过程的质量得到有效控制。
变速器输出轴油封漏油的改进措施 篇5
随着我国汽车行业的迅速发展,变速器基础设计日趋成熟,顾客不仅对变速器的主要功能提高了要求,对变速器的次要功能、辅助功能甚至外观也有了更高的要求。漏油故障是目前国内变速器产品的主要故障之一,其故障率居高不下,成为顾客抱怨的重点。本文针对变速器后轴承座漏油故障,提出了若干改进措施。
1 变速器后轴承座总成结构
图1为变速器后轴承座总成结构示意图。输出轴后轴承支撑着输出轴,固定在变速器壳体的后轴承孔内。输出轴后轴承座用螺栓固定在变速器壳体后端面,实现输出轴后轴承轴向定位。突缘总成与输出轴通过花键连接,将输出轴的转速和扭矩传递给与突缘连接的传动轴(图1中未示出)。输出轴后轴承座与突缘总成之间采用输出轴油封进行密封,输出轴油封与突缘总成之间有相对转动,属于动密封,故此处成为漏油故障的易发点。
2 输出轴油封的结构及原理
图2为输出轴油封的结构示意图。输出轴油封由金属骨架、封油主唇和防尘副唇组成。油封外径与壳体的孔采用过盈配合,油封安装后,油封同旋转轴在结合面之间形成一层由油封刃口控制着的具有流体润滑特性的油膜(厚度约0.002 5mm),在液体表面张力作用下,油膜刚度恰好使油膜与空气接触端形成一个新月面,防止了润滑油泄漏,从而实现密封。油封唇口处加工有回流线,方向与旋转轴方向相反。回流线有利于接触面形成稳定油膜,传递摩擦产生的热量以减少功耗,并形成将外侧空气向里推压的泵吸力。
3 变速器输出轴油封的失效原因及改进措施
3.1 轴表面粗糙度不合理
与油封配合的轴的表面粗糙度不宜过低,也不宜过高,一般推荐选择Ra0.8~Ra3.2。轴表面太粗糙,油封唇口磨损太快,容易造成泄漏;轴表面太光滑,油容易从密封接触面被挤出,油膜会变薄甚至消失,导致唇部发热或烧损。在油封的实际应用过程中,不少设计者往往容易走进设计误区,认为轴表面越光滑越好,其实不然,轴的设计过程中,应当合理选择油封配合面的粗糙度。表面过于光滑不仅不能起到封油的效果,加工成本也会剧增。
3.2 装配过程造成损伤
油封的密封功能主要靠封油主唇片实现。主唇是橡胶材料,在生产现场,很容易被锋利金属划伤,且细小的伤口不易被操作者发现,致变速器出厂就发生漏油故障,引起顾客不满。针对这种失效模式,常采取以下措施:
(1)设计方面:为使油封便于安装和避免安装时发生损伤,需在轴上倒角15°~30°。
(2)现场物料存贮及运输方面:为保护油封,在存贮及物料运输过程中应保持合理包装,现场使用时再拆除包装;油封应放置在干净的物料盒内。
(3)现场装配方面:与油封配合的零部件在运输过程中应避免磕碰,在装配前应进行清洗;油封装配应采用专用工装,且工装工作面应进行保护,以保证装配过程不损伤油封,同时保证油封与配合件的同轴度;油封压装过程中在轴表面涂油。
3.3 油封工作环境差
输出轴油封工作环境主要包括变速器总成的清洁度、油封防尘副唇侧空气环境、油封工作温度等。
3.3.1 变速器总成的清洁度
在变速器生产过程中,根据生产厂家的设备和现场管理能力的不同,对变速器总成清洁度标准的要求也不尽相同。针对油封而言,清洁度越高,油封工作环境越好,油封的密封效果及寿命越长。
变速器总成清洁度限值G(mg)按下式计算:
其中:Le为变速器总成润滑油额定容积,L;K为清洁度客观评价系数,即每升润滑油的杂质含量,mg/L,一般中重型变速器总成K为45mg/L ~70mg/L。
变速器厂家应明确告知用户变速器润滑油的型号及更换周期,因为润滑油中的添加剂,如含磷、硫、氯等油溶性有机化合物会对油封带来不利影响。油中含磷、硫、氯等油溶性有机化合物受热时会分解产生气体,能与橡胶的不保和双链相交联,使橡胶硬化,造成油封失去弹性而泄漏;而且润滑油在高温条件下焦化会产生胶泥,胶泥在油封唇口积累,使唇口失效从而导致泄漏。因此合理使用润滑油并及时更换,能够给油封提供较好的工作环境。
3.3.2 油封防尘副唇侧空气环境
商用车(尤其是工程车)的工作环境往往很恶劣,变速器属于汽车底盘重要部件,长期处于高粉尘、高污染环境,油封刃口处易粘附大量灰尘,而灰尘进入油封刃口处后与油封刃口、结合面磨损造成漏油。因此,给变速器后轴承座增加防尘罩,能够阻挡灰尘,避免较大颗粒的杂质附着到油封处,极大地改善了油封工作环境,提高了油封密封性能及寿命。
增加防尘罩后需变更变速器输出轴后轴承座、突缘结构,输出轴油封增加防尘罩前、后的结构如图3所示。防尘罩一般采用08F材料,内径与突缘安装防尘罩外径采用过盈配合,外径与输出轴后轴承座伸出部分内径保留合理间隙,使突缘带着防尘罩转动时不会与输出轴后轴承座产生干涉。根据变速器生产厂家的加工、装配精度不同,一般间隙选择范围为0.35mm~1mm。
3.3.3 工作温度
商用车变速器工作温度一般在90℃左右,根据车辆使用环境的不同,变速器所处环境温度也不同,如我国东北地区冬季室外温度可达-40 ℃。油封内径与轴发生相对转动时会产生热量,转速越高,油封内径直径越大,发热越严重,当发热温度超过橡胶允许温度时,油封就会老化、龟裂和损坏。不同的橡胶材料其适应的工作温度范围不同,合理选择橡胶材料以适应其工作温度也是保证油封密封性能的重要环节。丁腈橡胶(适应温度-30 ℃~120 ℃)和丙烯酸酯橡胶(适应温度-15 ℃ ~150 ℃)适应温度范围较广且成本不高,是目前国内变速器用油封的首选橡胶材料;硅橡胶(适应温度-45 ℃~170 ℃)因成本较高,只有在特殊场合才会被使用。
4 结语
通过上述措施,可大幅度降低变速器输出轴油封发生漏油故障的概率,提高变速器产品的密封性能。可将其推广至整个变速器产品甚至整车产品,提升商用车的整车品质和在用户中的口碑。
摘要：深入分析了变速器输出轴油封漏油故障的原因,并制定了有效的改进措施,提高了变速器的密封性能和产品品质。
关键词：漏油,油封,变速器,输出轴
参考文献
减速器输出轴建模与有限元分析 篇6
利用Solid Works软件进行输出轴的三维建模和有限元分析, 为后续工作中会出现的问题提供基础。Solid Works是一个广泛应用于机械设计与制造、航空航天、汽车、造船等行业领域, 是一个集设计、运动仿真和有限元分析于一体的CAD/CAE软件, 在相关机械行业中有限元分析在产品设计中已是一个十分重要的规程, 对设计产品的强度、刚度、振动和热应力等问题在设计阶段解决, 而且建模和有限元分析在同一个软件中进行就不会出现在模型导入过程中丢失数据的问题, 从在很大程度上提高产品开发周期, 节约了企业的大量研发经费。Solid Works软件中有限元分析不仅可以保证研发产品的质量, 而且可以提高整个企业的设计研发能力。在有限元分析中网格划分是一个很重要的环节, 有限元分析网格划分是要遵守一定的有限元网格划分原则[1], 有限元分析的精度和准确性在一定程度上取决于网格划分质量的好坏[2~6]。比对分析结果, 对所设计的零部件中出现的问题及早发现, 可以在结构、材料或其它方面作出相应的修改, 以免不合格产品流入市场, 造成更大的损失, 而且还可以对其它工程机械的建模分析作进一步的研究。同样的研究方法可以为其它行业的产品设计研发提供参考。
1 带式运输机传动方案设计
二级斜齿圆柱齿轮减速器采用平面分布式结构, 减速器与工作机之间采用联轴器连接, 带式运输机传动方案如图1所示。
2 设计数据
运输带工作拉力F/N=4500N
运输带工作速度ν (m/s) =1.8m/s
卷筒直径r/mm=200mm
3 减速器输出轴力学模型和三维模型的建立
建立输出轴的力学模型和三维实体模型是有限元分析的基础, 输出轴的力学模型如图2所示, 左端通过平键安装联轴器, 另一端通过平键安装齿轮, 其三维实体模型如图3所示。
齿轮的三维建模是十分复杂的的过程, 但在Solid Works中利用Toolbox插件可以直接实现齿轮的建模, 这种建模简单方便、更为准确, 将其安装在输出轴上相应的位置, 装配齿轮模型如图4所示。
设P为输出轴的输出功率 (Kw) , 则:
式中:T为输出轴的输出扭矩 (Nm) , n3为输出轴的转速 (r/min) , i为减速器的传动比, n为电机转速 (r/min) 。
4 有限元分析模型的建立
在有限元分析键三维实体模型导入有限有分析时, 通常会丢失很多的数据, 从而影响最终的分析结果不准确;为了解决这一问题, 利用Solid Works软件中先建模, 然后导入Solid Works simulation功能块中进行有限元分析, 在同一环境中就不会出现这些问题。
输出轴的有限元分析可以分为3个部分:前期建模处理部分, 分析计算部分和后续分析部分。将建好的模型导入有限元分析模块中进行前期处理:应用材料的确定、定义约束夹具、添加外部载荷和网格自动划分或网格参数设置;然后进行算例运行, 得到分析结果, 对结果进行分析, 做出最终的分析总结。
该减速器选择的电动机额定功率[5,6]为P=11Kw, 满载转速n=1460r/min, 假设各级传动效率都为0.97, 输出轴的材料选择性能较好的进过调质处理的调质钢, 其弹性模量为2.05x1011pa, 泊松比为0.29, 质量密度7.858×103kg/m3, 屈服极限σs=280MPa, 安全系数ns=1.8, 则许用应力[σ]=σs/ns=155.6MPa。
5 输出轴的有限元分析
将在Solid Works中建好的输出轴模型导入有限元分析模块中, 选择应用材料、定义约束夹具、添加外部载荷和网格划分, 然后进行算例运行计算结果, 并对计算结果进行分析, 做出总结。
5.1 定义约束夹具
减速器输出轴上安装了2个轴承作为支撑, 其中1个轴承只允许转动, 另一个可以转动, 还允许有轴向的窜动;在输出轴的输出端安装了工作机, 受到扭转力矩, 另外在安装齿轮处还受到齿轮的啮合力。
5.2 添加外部载荷
根据齿轮受力[7,8]的相关知识:
分度圆直径:di=mizi
式中:an:齿轮法向压力角, an=20°;β:分度圆螺旋角, β=15°;
可以计算得到:
由于Fa、Fr是作用在齿轮上的力, 所以必须要转化到轴上, Ft可以直接转化为作用在齿轮上的力矩。
5.3 网格划分
在有限元分析中, 网格划分是一个非常重要的环节, 所以要遵循一定的有限元网格划分原则;网格划分的好坏在一定程度上决定了有限元分析的精度和准确性, 而网格划分质量的好坏主要依赖于网格类型、网格密度[9,10]、网格控制。雅克比点数和接触条件等本文中将雅克比点数设置为16点, 网格密度较小, 网格参数见表1。
其网格划分后的模型如图5所示。
6 有限元算例运行分析结果
通过Solid Works算例运行得到有限元分析结果:von Mises应力云图、位移云图和应变云图, 然后与应用材料的屈服极限对比, 找到输出轴的危险截面, 作出分析总结;在分析云图中显示出了屈服应力、位移和等量应变, 并用不同的颜色标记出来[8]。
6.1 应力云图
该减速器的输出轴的von Mises应力云图如图6所示。由图可知, 该输出轴的最大应力出现在安装齿轮的地方, 其最大屈服应力为16.85MPa, 其余应力主要集中在安装联轴器的部分轴, 所以在设计输出轴时要在安装联轴器的地方要进行倒圆角处理和表面强化处理, 使其满足设计要求。
6.2 位移云图
该减速器输出轴的位移云图如图7所示。由图示可知, 该输出轴发生位移变化最大的地方在安装齿轮处, 输出轴的最大变形量5.030mm。
6.3 应变云图
所谓应变就是机械零件和构件等物体内任一点 (单元体) 因外力作用引起的形状和尺寸的相对改变。其中线应变、角应变和体积应变都是无量纲的量。
该减速器的输出轴的应变云图如图8所示, 该输出轴应变最大出现在安装轴承和安装联轴器之间的地方, 但应变量是很小的, 几乎没有应变。
6.4 有限元结果分析
从上面的云图可以看到输出轴的应力、位移和应变的大小程度;该输出轴整体上发生变形最大也只有5.030mm, 变形应很小了, 几乎就没有变形, 完全满足刚度的设计要求;再从强度方面考虑, 输出轴在该工作环境下的最大屈服应力为16.85MPa, 这远小于材料的许用应力[σ]=155.6MPa。所以也满足强度的设计要求。
总起上来说:该减速器输出轴不论在在刚度要求, 还是强度要求都是满足设计要求的, 而且还有很大的裕度, 在正常工作情况下该输出轴的工作都是安全的, 这为轴的优化设计提供了很大的空间。
7 结论
利用Solid Works的超强建模功能和高级有限元分析功能, 在减速器的输出轴进行参数化的建模基础上, 对输出轴模型进行有限元模型的建立, 通过对输出轴应用材料的选择、约束夹具的定义、外部载荷的添加和网格的划分, 算例运行计算结果, 最终得到输出轴的可视化的计算结果显示:von Mises应力云图、位移云图和等量应变云图, 通过对输出轴最终的计算结果进行分析, 得出该减速器的输出轴是满足设计要求的;而且在Solid Works建模过程中也改变了以往的设计方式, 在同一个工作环境中进行三维实体建模和有限元分析, 这不仅消除了因模型导入丢失数据造成的分析误差, 而且在很大程度上缩短了产品的设计周期, 提高了设计人员的设计效率, 更重要的是提高了产品的使用性能。
摘要：应用Solid Works软件完成了减速器输出轴的建模与有限元分析。首先, 利用Solid Works的三维建模功能进行了输出轴的实体设计。然后利用simulation功能对其有限元分析, 其有限元分析的基本思想是将结构离散化, 对输出轴添加应用材料、定义约束夹具、添加外部载荷和网格自动划分及网格参数设置。最后得到分析运算结果, 包括应力云图、位移云图和应变云图等。结果表明:轴的应力远小于轴材料的许用应力, 所以满足其强度的设计要求, 轴的位移变形满足了刚度的设计要求。研究方法为减速器输出轴的模块化设计、优化与再创新设计设计提供了可靠的参考依据。
关键词：“三环四步”教学模式,微课,设计,应用
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动力输出轴 篇7
1.1 减速箱漏油的危害
抽油机减速箱专用润滑油是保证减速器正常运转不可缺少的, 它对减速箱齿轮起到清洁、润滑、防腐、降温的作用。一旦发生减速箱渗漏齿轮油现象, 会造成以下危害: (1) 缩短齿轮使用寿命:漏油后, 造成减速箱内润滑油过少, 会导致減速箱内齿轮长时间在缺油状况下工作, 齿轮运转中得不到润滑作用, 造成齿轮早期磨损, 缩短齿轮使用寿命;同时, 机箱内温度升高, 严重时会发生机械事故。 (2) 增加生产成本:由于漏油现象造成润滑油流失而产生润滑油浪费, 增加生产成本。 (3) 造成环境污染:漏油造成减速箱底座脏污, 不但造成井场环境污染, 而且影响设备现场管理水准。 (4) 增大作业风险:岗位员工在擦拭减速箱油污时, 由于操作陋习、个人安全意识、图省事等因素的影响, 不停机进行擦拭, 从而发生意外人身伤害事故。
1.2 造成漏油的原因
造成抽油机减速箱漏油的原因很多, 分析其主要原因有以下几点: (1) 减速箱装配不合理, 造成箱口与箱盖之间漏油; (2) 抽油机长期运转加上外部环境的影响, 造成减速箱油封老化、磨损; (3) 减速箱盖上的呼吸阀堵塞, 使箱内压力升高造成漏油; (4) 减速箱设计不合理, 齿轮运转产生的高温无法传递, 由于箱内温度升高产生漏油; (5) 减速箱回油通道发生堵塞; (6) 抽油机在管理过程中, 重使用、轻保养, 没有按规定及时更换或添加润滑油, 造成箱内润滑油乳化严重, 产生漏油; (7) 连接部位螺栓未上紧, 使润滑油从连接部位漏出; (8) 添加或更换润滑油时加入量过多; (9) 减速箱窜轴。
2 漏油的部位
通过对现场173台抽油机调查分析发现, 有67台减速箱漏油, 主要漏油部位为输出轴和输入轴, 其中输出轴密封不严造成的漏油占到调查井的32.9%。针对这一情况, 逐项检查分析, 发现造成漏失的主要原因是密封件磨损。减速箱漏油具体情况见表1所示。
3 目前现场常采用的堵漏措施
3.1 抽油机保养中的堵漏措施
(1) 在抽油机投运初期, 对减速箱体固定螺丝进行全面紧固。 (2) 对放油口漏油的问题, 在抽油机二保时, 放净减速箱内润滑油, 在放油口丝堵与减速箱结合面处加密封垫片。 (3) 定期清洗减速箱呼吸阀及回油通道, 发现减速箱润滑油乳化时及时进行更换。 (4) 按规定加足润滑油, 润滑油加到上中检查孔中间即可, 加的过少, 则起不到润滑减速箱齿轮作用;加的过多, 则容易造成减速箱漏油。 (5) 箱体结合部位漏油的, 可将减速箱盖卸下, 擦拭干净箱盖结合部位并涂抹密封脂, 上紧箱盖。
3.2 抽油机调平衡堵漏措施
调整抽油机平衡, 且两曲柄平衡块处在同一个平面上。降低上下冲程负荷差异, 减少减速箱三轴的跳动量, 延长油封的使用寿命。
因为减速箱输出轴承载着曲柄平衡块的重量, 曲柄平衡块的重量作用使输出轴对密封圈有一个向下的压力, 造成密封圈与轴的接触面不严密。特别是在调速抽油机平衡时, 两曲柄表面上承载的平衡块不在同一个平面上, 密封圈受力不均衡, 造成密封圈磨损严重。
由于轴承滚珠磨损致使输出轴向下移动, 与轴承压盖内圈摩擦, 增大了密封间隙。进行动态调节抽油机的平衡, 使得抽油机在上下冲程过程中, 输出轴轴承在垂直方向上受到的是对称循环交变应力, 可延长轴承的使用周期, 减小输出轴与轴承压盖内密封圈磨损。
3.3 采用HY-2型减速箱专用密封组件密封堵漏
如图1所示, 该密封件是由1个耐油橡胶垫或青稞纸垫子、4块金属密封圈组成的一个“〇”型圈、1根拉紧弹簧组成。更换时, 卸下输出轴或输入轴密封圈盖板, 取出密封圈 (将原来的橡胶密封圈去掉) ;将耐油橡胶垫涂抹黄油加入密封函内;将金属密封垫套在输出轴或输入轴上, 用拉紧弹簧将其固定;上紧密封圈盖板。该密封组件更换时需要2人配合完成, 操作简单, 风险系数低。
3.4 采用石棉垫片堵漏
密封原理:如图2, 由于密封圈磨损, 造成轴与密封圈接触面产生间隙, 在运转过程中将润滑油带出, 造成漏油。加石棉垫片就是在不改变原来密封圈密封的条件下, 通过加垫法, 使密封圈在石棉垫的作用下抱紧轴面, 起到密封作用。
操作过程: (1) 按照抽油机型号, 制作石棉板垫片, 将垫片切成450角; (2) 安装时, 将抽油机停在上死点, 杀死刹车, 挂好制动板, 清理干净轴表面, 卸下密封圈盖板固定螺丝, 退出盖板; (3) 将石棉板垫片涂抹黄油加入密封函内, 压在原来密封圈上面 (若密封圈磨损严重, 可将密封圈退出, 在密封涵内加入一个垫片, 装好密封圈, 再在密封圈上面加密封垫) ; (4) 根据石棉板的厚度选择加垫片的数量, 薄石棉板可加2-3个, 安装垫片时将切口错开1200, 抹平, 对角上紧密封圈盖板; (5) 摘下制动板, 松刹车, 合闸送电, 按照抽油机启动规程启动抽油机, 观察治理效果。
此方法只需一人操作, 在30分钟之内完成。 (见表2、表3)
通过垫片法治漏后, 使被调查的18台减速箱恢复正常工作, 减轻了岗位员工工作量, 减少环境污染, 降低生产成本, 降低了操作风险。
4 HY-2型密封组件与石棉垫片密封效果对比
采用HY-2型减速器专用密封组件密封与石棉垫片密封堵漏, 均具有操作简单, 安全可靠的特点。不同之处是:
4.1 成本不同
HY-2型减速器专用密封组件需从厂家购买, 价格高;石棉垫片经济实惠, 0.04m2石棉板可制作6型和5型抽油机减速箱输出轴和输入轴各一个, 且货源充足, 不会出现缺料现象。
4.2 应用条件不同
采用HY-2型减速器专用密封组件密封治漏, 需要将原来的橡胶密封圈去掉。如果出现减速箱出现窜轴、齿轮损坏、HY-2型减速器专用密封组件损坏等现象, 抽油机减速箱将不能继续使用 (因专用密封组件原料生硬和弹簧弓条力量大会导致轴的严重磨损减速箱提前报废) ;石棉垫片密封, 不改变原来密封条件, 即使石棉垫片损坏, 不影响减速箱使用, 重新安装即可。
4.3 操作所需人员数量不同
采用HY-2型减速器专用密封组件密封治漏需要2人配合操作;石棉垫片密封只需1人操作。
通过以上分析, 可以看出:采用垫片加垫密封, 密封性能好、石棉板价格低廉、货源充足、制作简单, 可以杜绝减速箱的跑、冒、滴、漏现象, 从而实现降低成本、减少维修费用、减少停产时间、提高设备运转时率。
5 经济效益分析
5.1 直接经济效益
(1) 润滑油费用。通过现场对173台抽油机减速箱调研, 发现有67台减速箱输入轴和输出轴漏油, 由于漏油, 每台减速箱每月平均需额外添加2公升润滑油, 每公升润滑油13.63元。则一年可节约润滑油费用:
(2) 减速箱维修费用。可有效减少减速箱的更换费用。每台减速箱大修需12000元, 维修后更换, 需吊车、卡车配合, 吊车费用为1200元, 卡车费用为800元。则每台减速箱可节约维修费用:
(3) 原油产量。延长油井生产时率, 更换减速箱最少需停井4小时, 按日产1.2T油计算, 可增加0.2T原油产量。
(4) 密封垫片成本。每平方米2mm石棉板售价45元, 0.04m2石棉板可制作6型和5型抽油机减速箱输出轴和输入轴各1个, 则1平方米2mm石棉板可制作∑=1/0.04=25 (个) 密封垫片。
1个石棉垫片的价格∑=45/ (25×4) =0.45 (元)
每台减速箱轴承处加2个, 则轴承处泄漏用石棉垫片密封只需花费0.9元。
5.2 社会效益
降低环境污染;降低岗位员工的工作量;降低员工操作风险。
结语
为了提高现场管理水平, 岗位员工要经常擦拭减速箱, 增加了操作风险。为了规避风险, 按照设备管理“有轮必有罩, 有轴必有套”的原则, 加装护栏。但是, 安装护栏只是一种防护手段, 其一方面是防止岗位员工在设备巡回检查时靠设备太近, 发生意外;另一方面就是为了杜绝岗位员工在擦拭减速箱时不停抽油机的操作陋习。只有彻底根除减速箱漏油, 减少设备擦拭频次, 结合抽油机护栏才能彻底杜绝抽油机曲柄在旋转时发生机械伤害, 做到标本兼治。
摘要：游梁式抽油机是石油开采工作中应用最多、最重要的设备之一。减速箱是游梁式抽油机的重要设备, 减速箱长期在野外运转, 油质变差、内部润滑油道堵塞等原因会造成润滑油的渗漏, 本文通过对减速箱漏油部位和原因的分析, 提出改进措施, 引长减速箱的使用寿命。
关键词：减速箱,漏油,原因分析,密封
参考文献
[1]程小平, 梁文财, 王凤孝, 苏兴天.一种防止抽油机减速箱漏油的密封装置.2011.