发动机工厂装配线翻转机联轴器改造

作者：上汽通用五菱汽车股份有限公司 覃明

欢迎访问e展厅 展厅 3 联轴器/轴展厅 联轴器, 弹性柱销联轴器, 弹性膜片联轴器, 滚子链联轴器, 轮胎式联轴器, ... 摘要：文章介绍了SGMW柳州发动机工厂装配线翻转机联轴器的设计和改造，以及原理适用说明，分析一些新型联轴器的拓展和应用。 关键词：联轴器 轴 剪向应力 设备改造 前言： 联轴器：联接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回转，在正常情况下不脱开的一种装置。联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为：①固定式联轴器。主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。②可移式联轴器。主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式联轴器利用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移）、链条联轴器（允许有径向位移）等，弹性可移式联轴器（简称弹性联轴器）利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能，如蛇形弹簧联轴器、径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。 目前国内标准弹性联轴器主要用来是消除同轴误差，对于过角度误差一般用摩擦联轴器实现；旋转定位精度较高的用高成本的步进电机/伺服电机；如轨道转台、翻转机等往复正反转、转角小、启动/停止频次和转矩大且成本不高的设备，用步进电机/伺服电机过于浪费；用摩擦联轴器由于小角度和反复启动/停止摩擦导致磨损过快；一般抗同轴误差联轴器抗过度转角又不大，容易损坏或使电机过载；对于专用联轴器使用环境专一，适用性不强，维护费用高且备件难以满足。笔者根据上汽通用五菱发动机工厂装配线翻转机的实际使用情况，对设备联轴器进行重新设计和改造，并对新设计联轴器的通用性进行分析和研究。 一、改造前设备状况 1、上汽通用五菱柳州发动机工厂装配车间有4台发动机翻转机用于翻转发动机，每台翻转机将发动机从托盘上升起，翻转90°后放回托盘，夹爪回原位再等待旋转下一台；翻转夹爪靠异步电机和减速涡轮蜗杆带动发动机旋转夹具，力矩加大、翻转精度要求高，设有感应式接近开关和硬性限位块，但感应式接近开关精度不会太高，感应到后通过PLC延时程序和硬限位块停止转动，异步电机停止精简也不会很高，不同的情况旋转摩擦力也不尽相同，当硬限位停止夹爪转动时点击也许还会转动一定的角度，这就产生了主动轴与从动轴间的过角度转矩，全部都要在联轴器抵消。 2、原翻转机联轴器属于弹性联轴器（图1.2.1），由于设计问题在发动机翻转/回位产生的每天1500多次的过角度剪向应力作用下，很容易发生打滑或弹性删网断裂；如果此情况发生在发动机翻转时，极易引起发动机倾倒和划伤。每次更换联轴器都要造成生产线停线15-30分钟，严重时每月要发生此类情况2-4次。极大的影响了生产效率。 二、寻找其它型号联轴器替换方案 进过讨论分析，换装星型弹性联轴器（图2.1.1）代替原装联轴器，使用后由于橡胶件挤压变形量有限，无法抵消过度转角带来的变形，联轴器与轴间出现打滑现象； 之后又换了多种弹性联轴器，效果都不理想。 三、提出设计要求很问题解决方案，设计适合的联轴器 1、现场设备对联轴器的技术要求 （1）联轴器要在有过度转矩产生的较大过度转角（±10°）误差环境下使用，有一定的缓冲功能； （2）要求在高频次、低速、小角度（90°）、往复旋转、负载力矩不太大的工况下有较大的使用周期； （3）要有一定的抗同轴误差； （4）便于维护和更换； （5）使用空间不能太大。 2、初步设计方案 （1）设计新型联轴器，利用装在联轴器内部的弹簧压缩来消除过度转角对轴的应力，弹簧具有很好的缓冲效果； （2）利用联轴器内部“转盘”弹簧槽压缩弹簧两侧来实现正反转过度转角； （3）联轴器内部“转盘”采取浮动弹簧定位，有一定的抗同轴误差； （4）“转盘和其中一轴采用插入式连接，拆装方便； （5）根据使用情况可选用不同弹力的弹簧，不需要增大使用空间。 3、设计和制作新型联轴器（图3.3.1 图3.3.2） （1）特点： ①内部“转盘”与外壳弹簧槽互相压缩弹簧实现正反缓冲（图3.3.3）； ②多个小直径弹簧圆周排列增大过角度的抗力； ③“转盘”靠弹簧浮动消除同轴误差； ④采用标准弹簧，根据使用工况任意更换同直径弹簧组件； ⑤允许较大的过角度（±10°可调）； （2）设备使用情况： 上汽通用五菱柳州发动机工厂装配车间有4台发动机翻转机用于翻转发动机，每台翻转机将发动机翻转90°，夹爪回位后再转下一台；翻转夹爪靠异步电机和减速涡轮蜗杆带动，力矩加大。翻转精度要求高，设有感应式接近开关和硬性限位块，但感应式接近开关精度不会太高，感应到后通过PLC延时程序和硬限位块停止转动，异步电机停止精简也不会很高，不同的情况旋转摩擦力也不尽相同，当硬限位停止夹爪转动时点击也许还会转动一定的角度，这就产生了主动轴与从动轴间的过角度转矩，全部都要在联轴器抵消。 由于过度转角大且涡轮蜗杆减速机构产生的力矩很大，每天1500次以上的往复旋转，不断产生正反角度误差，普通弹性联轴器使用周期都不长，但新设计的联轴器（图3.3.4）使用情况良好，基本免维护，降低了停线风险，节约维护成本。 （3）新联轴器带来的有益效果： ①新联轴器对较大启动扭矩和从动轴突然停止时起缓冲作用，保护电机过载，防止联轴器打滑或损坏，减少齿轮磨损； ②使用成熟技术-弹簧作缓冲，抗疲劳强度大，弹力可以根据情况做选择，使用工况多样，更换备件充足； ③ 设计精简，便于拆装和维护； 四、新型联轴器的拓展和应用： 1、目前标准联轴器概况 目前国内标准弹性联轴器主要用来是消除同轴误差，对于过角度误差一般用摩擦联轴器实现；旋转定位精度较高的用高成本的步进电机/伺服电机；如轨道转台、翻转机等往复正反转、转角小、启动/停止频次和转矩大且成本不高的设备，用步进电机/伺服电机过于浪费；用摩擦联轴器由于小角度和反复启动/停止摩擦导致磨损过快；一般抗同轴误差联轴器抗过度转角又不大，容易损坏或使电机过载；对于专用联轴器使用环境专一，适用性不强，维护费用高且备件难以满足。 2、联轴器适用举例 对于像轨道转台（图4.1.1）这样的旋转轴连接，转台要顺逆时针反复旋转、到位停止，如用摩擦联轴器会很快损坏；调整到位延时又会因为使用时间过长而导致旋转阻力改变，无法正确延时到位；使用新型联轴器可以有效防止电机过载，旋转定位准确，保护限位缓冲器，甚至在一些情况还可以不使用变频器变速，大大节约了成本。 用于启动/停止频繁的输送带、输送滚道使用新型联轴器的话，可以有效缓冲启动/停止时的瞬时加速度，减轻设备震动，防止物件掉落或位移。 五、总结 改造联轴器后的发动机工厂翻转机，使用一年以来对新型联轴器在几乎没有做任何维护的情况下正常运行，新型联轴器有较大的抗角度误差和抗疲劳强度，使其有更稳定的使用工况和更长的使用周期；减少电机过载情况和减速齿轮受力，保证整个设备更加可靠的运行。 新联轴器有望发展出更多的系列型号，拓展适用范围。持续改进，提高通用性、可靠性和可维护性。今后在工厂甚至整个工业界可能还会有更多的应用。 参考文献 1.西北工业大学机械原理及机械零件教研室 纪名刚主编 . 机械设计（第七版） . 北京：高等教育出版社 2004 2.杨晓辉主编 . 简明机械实用手册 . 北京：科学出版社 2006(end)

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