沈俊雄 黃 巍 潘振華

（東風汽車有限公司東風日產(chǎn)乘用車公司，花都 510800）

現(xiàn)有帶式升降機采用鍵式連接，在升降機升降往復運動中頻繁出現(xiàn)鍵槽及鍵磨損導致傳動失效的情況，嚴重影響正常的生產(chǎn)經(jīng)營活動[1]。

1 原有鍵式連接驅(qū)動輥筒鍵連接存在的問題

1.1 原有升降機驅(qū)動輥筒結(jié)構(gòu)

如圖1所示，原有皮帶升降機由驅(qū)動滾筒、滑架組件、配重系統(tǒng)、支架立柱、作業(yè)工裝治具以及提升機構(gòu)及其制動保護裝置組成，其中驅(qū)動裝置的軸孔連接采用鍵連接方式，如圖2所示，是一種傳統(tǒng)的裝配連接結(jié)構(gòu)。此裝配中，鍵是用來連接軸上零件并對它們起周向固定作用，以達到傳遞扭矩的一種機械零件[2]。根據(jù)裝配兩部件的配合過盈量，鍵連接可分為間隙配合（較松鍵連接）、過渡配合（一般鍵連接）和過盈配合（較緊鍵連接）3種[3]。其中：松鍵連接適用于需要經(jīng)常拆卸且負荷不大的結(jié)構(gòu)；較緊鍵連接適用于無須拆卸且負荷較大的結(jié)構(gòu)。如果選型不當，可能出現(xiàn)鍵連接失效的異常狀態(tài)，如圖3所示。

圖1 升降機整體結(jié)構(gòu)

圖2 驅(qū)動輥筒鍵連接

圖3 鍵連接失效

1.2 原有升降機驅(qū)動輥筒鍵連接存在問題

原有皮帶升降機驅(qū)動輥筒連接方式為平鍵連接[4]。平鍵連接方式的工作面為鍵的兩側(cè)面，是靠鍵和鍵槽側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩，其上表面和輪轂槽底之間留有間隙。該連接具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性好等優(yōu)點，因而得到了廣泛應用。公司總裝車間升降機驅(qū)動輥筒鍵連接方式選擇上，原始設備制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM）選擇了平鍵連接。

然而，該升降機在日常使用和維護中要求具備易拆裝特性和正反轉(zhuǎn)特性，導致現(xiàn)有的平鍵連接不能完全滿足現(xiàn)有工況的實際需求，頻繁出現(xiàn)鍵及鍵槽磨損導致鍵連接失效的問題。一旦出現(xiàn)鍵連接失效故障，需要數(shù)小時搶修才能恢復生產(chǎn)，嚴重影響生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

因為滾筒支撐軸承等關鍵部件隨著長時間的使用需要進行維護保養(yǎng)、更換，所以要求輥筒連接方式方便拆卸，不能采用直接焊死或者采用過盈配合。升降機的作用是實現(xiàn)車體等工件在不同高度快速、平穩(wěn)切換，是汽車自動化生產(chǎn)線的重要轉(zhuǎn)載設備，要求升降機的運轉(zhuǎn)方式是不斷循環(huán)正反轉(zhuǎn)。OEM考慮拆卸的方便性，采用間隙配合的平鍵連接。在長期正反轉(zhuǎn)沖擊下，鍵槽及鍵逐漸磨損直至傳動失效[5]。

2 原因分析

2.1 原有升降機驅(qū)動輥筒鍵連接結(jié)構(gòu)缺陷

設備工況需求條件為重載荷運行，正反往復升降，保養(yǎng)需便于拆卸。OEM為了安裝方便，將原有升降機輥筒鍵連接及軸孔配合設計為間隙配合。該軸孔配合方式中，驅(qū)動軸和安裝孔之間存在微小的間隙，便于安裝，缺點是嚴重降低了設備耐用性。

2.2 原有升降機驅(qū)動輥筒鍵連接失效形成

升降機長期上升下降運動，使得鍵及鍵槽反復受到正反轉(zhuǎn)沖擊。初期的微小沖擊不易發(fā)現(xiàn)，長期沖擊后，配合之間的間隙逐漸擴大，沖擊加大，直至鍵連接傳動失效，如圖4所示。

圖4 原升降機輥筒連接軸承配合尺寸關系

3 解決方案和設計計算

3.1 脹緊套工作原理

脹緊套是一種無鍵連接裝置，通過高強度螺栓擰緊力作用，在內(nèi)環(huán)與軸之間、外環(huán)與輪轂之間產(chǎn)生巨大膨脹抱緊力，實現(xiàn)無鍵連接。當承受負荷時，靠脹套與機件、軸的結(jié)合壓力及相伴產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩、軸向力或二者的復合載荷，如圖5所示。脹套連接對中精度高，安裝、調(diào)整、拆卸方便，強度高，連接穩(wěn)定可靠，在超載時可以保護設備免受損壞，尤其適用于傳遞重型負荷。脹緊套既能實現(xiàn)接近過盈配合的效果，又能在需要時拆卸，可以解決本案遇到的疑難問題。

圖5 脹緊套工作原理

3.2 升降機驅(qū)動輥筒脹緊套連接的設計計算

脹緊套結(jié)構(gòu)具有適合重載荷運行、正反往復運動以及便于拆卸的特性。選用脹緊套主要考慮傳遞扭矩、承受的軸向力和接觸面壓強等因素。

傳遞扭矩、承受軸向力和接觸面壓強，分別需滿足

式中：M為需傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；Mt為脹套的額定轉(zhuǎn)矩，N·m；Fx為需承受的軸向力，kN；Ft為脹套的額定軸向力，kN；Fr為需承受的徑向力，kN；d為脹套內(nèi)徑，mm；l為脹套內(nèi)環(huán)寬度，mm；Pt為脹套與軸結(jié)合面上的實際壓強，MPa；Pf為脹套與軸結(jié)合面上的額定壓強，MPa。

以內(nèi)飾空滑板升降機賬套選型核算為例進行闡述。已知輥筒半徑L為0.18 m，F(xiàn)為升降機滑架工裝質(zhì)量G1（900 kg）和載體空滑板質(zhì)量G2（2 500 kg）之和，則需傳遞的轉(zhuǎn)矩M為

式中：g為重力加速度，取值9.8 N·kg-1。代入數(shù)值，計算可得M為5 997.6 N·m。Z12A-095/100/120型脹緊套最小額定傳遞轉(zhuǎn)矩Mt為19 000 N·m，大于M的取值5 997.6 N·m，且有3倍安全系數(shù)，滿足需求。

需承受的徑向力Fr和需承受的軸向力Fx，分別為

式中：g為重力加速度，取值9.8 N·kg-1。代入數(shù)值，計算可得Fr為33.32 kN，F(xiàn)x為15.37 kN。Z12A-095/100/120型脹緊套最小額定軸向力Ft為412 kN，大于Fx的取值15.37 kN，且有10倍以上安全系數(shù)，滿足需求。

接觸面壓強Pt為

代入數(shù)值，計算可得Pt為4.5 MPa。Z12A-095/100/120型脹緊套最小額定接觸面壓強Ff為112 MPa，大于Pt的取值4.5 MPa，且有10倍以上安全系數(shù)，滿足需求。

綜上所述，采用Z12A-095/100/120型脹緊套滿足現(xiàn)場實際需求。

3.3 實施

目前，東風日產(chǎn)花都工廠總裝配車間25臺升降機已全部改造為脹緊套連接方式，如圖6所示，驅(qū)動輥筒上的聯(lián)軸器和驅(qū)動輥筒上的連接均采用脹緊套。最早改造的已使用2年多，改良效果明顯。同時，采用雙電機驅(qū)動方式，隨時進行切換，提升了設備使用的可靠性。

圖6 升降機驅(qū)動輥筒脹緊套連接

4 結(jié)語

文章提出了一種升降機驅(qū)動滾筒的連接方式，闡述了平鍵連接在往復正反轉(zhuǎn)的升降機驅(qū)動滾筒上使用的弊端，說明了脹緊套工作的基本原理，并用公司實際使用的升降機脹套選型計算進行分析。方案在公司實施3年，效果顯著。