1、叶轮与主轴的几种联接方式 叶轮与主轴是风机转动件中的主要部件，必须确保两者轴向与径向的固定，它们的牢固度既关系到风机运行的安全性，又与风机检修时拆卸是否方便有关。以下是几种常用的风机叶轮与主轴的安装联接方式。 一， 键联接装配 键是一种标准件，用来实现轴与轴上零件之间的周向固定以传递运动和转矩，如图1所示，轴上装配的零件为叶轮，对于钢叶轮装配，叶轮与主轴采用过渡配合，通过加热叶轮轮毂装入；对于铝叶轮装配，叶轮与主轴采用小间隙配合，在主轴上把叶轮推到位即可。为了防止叶轮轴向蹿动，轴头装有锁紧螺母进行固定。 根据键联接的使用要求，可以选择不同类型的键，如图2，其联接装配性如下： （1） 平键联接：
2、靠键的侧面传递转矩。装配时，键侧面与槽侧面有一定的过盈，键顶面与叶轮键槽底面有一定的间隙，键底面与轴键槽底面保持接触；如果键长度受限，可采用呈180的双键联接，考虑键的载荷分布不均匀，强度校核按1.5个键计算，整个装配通过研磨法完成，要求轴、键、叶轮轮毂三者之间不能产生松动。 （2） 花键联接：相当于多键联接。由于键的数目多，总接触面积大，键槽深度可以减小，能传递较大的转矩。花键联接多为滑配合，对装配面加工精度要求较高；矩形花键以小径定心并作为配合面，大径间隙配合；渐开线花键齿形定心，内外花键齿顶和齿根处有间隙。 （3） 主要失效形式：静联接主要是压溃，动联接是磨损，此外是键的剪断，所以静联接
3、应进行挤压强度计算，动联接应进行耐磨性计算。 二， 过盈配合 如图3，叶轮轮毂与主轴按照过盈配合设计，安装时利用材料的热胀冷缩原理，使轮毂孔膨胀从而产生安装间隙，待冷却至常温时两者形成过盈配合，实现扭矩的传递。一般而言风机在特殊实用场合如输送高温介质等采用此种联接方式，其关键是过盈量的选取。过盈量过大对安装与拆卸均带来困难，且易造成两者配合面因过度挤压而产生塑性变形；过小又会存在运行时因离心力的作用及不同材质热膨胀系数不同而引起配合松动，造成安全隐患。 图3 过盈配合联接 三， 拉杆联接 拉杆联接装配主要是通过拉杆把叶轮与主轴联接在一起，靠拉杆的拉力使叶轮端面与轴端面紧密配合，保证叶轮正常工作
4、。拉杆与主轴通过螺纹联接在一起，螺纹的拧入旋向与转子的旋向相反，在工作过程中实现自锁。在叶轮装配过程中，借助于专用工装-螺栓拉伸器，强行把拉杆拉长，产生拉力来固定叶轮。 根据叶轮和主轴装配面联接结构的不同，通常拉杆联接装配又分为平面联接装配、立键联接装配、端面齿联接装配和三角轴联接装配。 （1） 平面联接装配，如图4所示。叶轮靠在主轴上，两者之间的接触面为环形平面，叶轮前端靠一个弹性套压紧，整个叶轮借助于拉杆拉伸后产生的拉力固定，拉杆前端通过螺母锁紧，这样叶轮前后端的环形接触面会产生摩擦并传递扭矩。叶轮与主轴的相对位置通过安装定位销固定，两者之间的定位面为过度配合。 图4 平面联接装配 （2）
5、立键联接装配。如图5所示，是指在主轴端平面上加工两个呈180的键，同时在叶轮背面轮毂平面上加工相应的两个凹槽，键卡在凹槽里面，键侧面与凹槽侧面为紧配合，键端面与凹槽底面有一定的距离，叶轮与主轴的环形面贴合在一起。主轴与叶轮传递扭矩主要靠两个键的侧面承担，同时两环形平面产生的摩擦，也承担一定的扭矩传递功能。 图5 立键联接装配 （3）端面齿联接装配，如图6所示。端面齿俗称赫斯齿，是一种与轴呈90的配合的一种齿轮。在主轴端面与叶轮背面轮毂处，分别附着径向齿轮，其联接是通过两对端面上附着的齿牙与齿槽相互啮合来传递扭矩。叶轮与主轴通过拉杆的轴向拉力装配在一起，叶轮前端由锁紧螺母确定，拆卸非常方便；此外
6、，力矩的传递是通过多个交错齿牙来实现，齿牙与齿槽受力均匀，避免局部应力集中，同时两个齿面间的啮合也具有自动定心作用，防止两个连接件因同轴度的偏差带来较大偏摆，这对高速旋转联接件非常关键。 图6 端面齿联接装配 （4）三角轴联接装配。如图7所示，三角轴联接是在叶轮背面轮毂处加工三角轴形面的轴和在主轴端面上加工相应的孔，两者的接触面为光滑的柱形或锥形非圆表面所构成的联接；通常采用压配合或滑动配合装配，由拉杆和螺母把两者紧固在一起，扭矩主要靠三角轴形面传递。 图7 三角轴联接装配 四， 法兰盘联接装配 法兰盘联接装配方式如图8所示： 图8 法兰盘联接装配 把叶轮背面的轮毂面和主轴轴端面加工成配对法兰
7、盘，用高强度内六角螺钉将叶轮与主轴联接在一起，螺钉拧紧后产生预紧力，使得叶轮与主轴之间的接触面产生摩擦，依靠摩擦力来传递扭矩。 法兰盘结构简单，但需要经过复杂的计算，分析整个结构的受力情况。对于受拉螺钉，主要破坏形式是螺纹部分发生断裂，因此需要保证螺纹挤压强度和剪切强度满足使用要求。如果螺钉预紧力不够，叶轮与主轴会发生相对位移导致转子的动平衡被破坏；如果螺钉预紧力过大，则会对叶轮、主轴及螺钉形成破坏，因此螺钉预紧力计算、螺纹强度计算、轴头强度计算在此类结构设计中不可或缺。 五， 盲孔螺纹装配 盲孔螺纹联接如图9所示： 图9 盲孔螺纹联接装配 在叶轮背面轮毂上加工内螺纹，在主轴轴头加工外螺纹，主
8、轴与叶轮通过螺纹联接在一起，螺纹旋向与叶轮旋向方向相反，在转子工作过程中起到自锁作用。叶轮与主轴通过定位面过度配合进行定位。采用该结构联接方式，叶轮轮背需要设计成外凸形式，轮背型线需要经过优化设计，使得叶轮重心尽量靠近螺纹孔，以便叶轮在高速旋转过程中，降低在螺纹孔附近所产生的应力集中现象，提高转子运行的可靠性。 六， 螺栓联接装配 螺栓联接是通过螺栓把两个零部件联接在一起并且可分离的一种联接方式。如图所示： 图10 螺栓联接装配 叶轮轮毂上开有3个均布的通孔，螺栓穿过叶轮通孔与主轴联接在一起，叶轮前端靠压板把叶轮压在轴端面上，通过主轴和压板与叶轮前后端的接触面所产生的摩擦来传递扭矩。螺栓的预紧
9、力不能超过压板材料限制的表面压力，一旦摩擦失效，叶轮会产生滑动，这时螺栓要考虑摩擦、承压和受剪的作用。所以，在这种情况下，应采用打入式螺栓，将螺栓杆加粗，使孔壁间几乎没有间隙。 七， 几种联接装配形式的对比 通过对以上几种联接装配形式的对比分析，整理如下： 联接形式 优点 缺点 适用场合 键联接 传递扭矩大 加工精度高，装配要求高 传递大扭矩 过盈配合 结构简单，联接紧密 不适合多次拆卸 永久性装配，有冲击载荷 拉杆联接 同轴度好 需要专用工装，结构复杂 高转速，同轴度要求高 法兰盘联接 拆装方便，密封性好 拆装动平衡容易破坏 传递扭矩不大 盲孔螺纹联接 拆装简单 螺纹孔容易产生应力集中，轮背
10、型线复杂 涡轮增压器 螺栓联接 方便拆装 拆装动平衡容易破坏 工作温度不高 八， 过盈量的计算 转轴过盈配合时的轴向受力和扭矩分析如图所示 1.承受轴向力F和转矩T的联合作用时，所需要的径向压力为： 2.过盈联接的最小有效过盈量min 根据材料力学有关厚壁圆筒的计算理论，在径向压力为p时的过盈量为： =pd(C1/E1+C2/E2)103，则由上式可知，过盈联接传递载荷所需的最小过盈量为： 式中： p-配合面间的径向压力，MPa； d-配合面的公称直径,mm； E1,E2 -分别为被包容件与包容件材料的弹性模量，MPa; C1,C2-分别为被包容件与包容件材料的刚性系数，MPa; d 1,d 2-分别为被包容件的内径和包容件的外径，mm; 1,2-分别为被包容件与包容件材料的泊松比，对于钢，=0.3，对于铸铁，=0.25； 当传递的载荷一定时，配合长度l越短，所需的径向压力p就越大，当p增大时，所需的过盈量也随之增大。因此，为了避免在载荷一定时需用较大的过盈量而增加装配困难，配合长度不宜过短，一般推荐采用l=0.9d。但应注意，由于配合面上的应力分布不均匀，当l0.8d时，即应考虑两端应力集中的影响，并从结构上采取降低应力集中的措施。
