柔性传动弹性拉压杆结构与计算

王冠

摘要：通过分析柔性传动装置中弹性拉压杆的结构特点，并结合相关的设计理论，对其设计参数的选择与计算进行了论述。

关键词：柔性传动；弹性拉压杆；碟形弹簧；参数选择与计算

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0引言

烧结机、链篦机中使用的柔性传动现均委托专业传动设计单位设计制造，缩短了设计周期，提高了专业性。传动装置作为设备的核心部件直接影响到设备的性能、寿命、作业率，作为机械设计人员应当熟悉传动装置的结构、原理，对传动设计单位提出的方案进行审核，并根据设备运行的需要提出改进意见，确定主要零件的尺寸。

1弹性拉压杆装置的结构

弹性拉压杆装置同扭力杆装置组合在一起，平衡二次减速器传动过程中箱体上的扭矩，从而驱使主轴转动，起到平衡调节的作用。

弹性拉压杆装置结构中各部分的基本作用如下：

1）球面联接适应拉杆压杆空间位置变化；

2）上拉杆、下拉杆之间轴向相对移动适应长度方向尺寸变化；

3）碟形弹簧组对外力的平衡与缓冲；

4）螺栓螺母调节垫实现压紧和变向的要求。

2碟形弹簧的力学计算：

在拉压杆装置中，弹性件用碟形弹簧，一是使结构简单紧凑，二是能承受重载。

2.1碟形弹簧组外力与变形关系图

因为A系列外力f与变形i之间关系为直线，而且承载能力强，比较适合用于重载。图1所示为同一工作区（即变形量为f2时）三种复合碟形弹簧组外力与变形的关系：

1）为对合；

2）为双叠合对合；

3）为三叠合对合。

若对合压平载荷为Pc，则后两种为2Pc、3Pc，工作负荷为P、2P、3P；f1为预压载荷作用下的变形量，其值等于(0.15～0.20)f3；f4为允许使用的最大载荷作用下的变形量，其值等于0.75f3；使用承载能力P可以是从变形f1至f4之间对应载荷的任何值，P对应的变形为f2；则f1<f2<f4，P按弹簧工作时的许用应力和寿命来确定。

2.2碟形弹簧的力学参数计算

1）单个碟形弹簧负荷的简便计算

a.利用已知参数计算碟簧负荷

在A系列碟形弹簧尺寸和参数表中列出的负荷P是变形量f=0.75h0条件下的数值。由于A列碟簧负荷与变形成正比，即所说的直线关系，因此有：

据（2）可求出任意变形下的负荷P。

2）组合碟形弹簧组负荷的计算

由图1可见：

a.对合弹簧组的压平负荷等于单片弹簧的压平负荷Pc；

b.二片叠合又同二片叠合对合弹簧组的压平负荷等于单个簧片压平负荷的2倍即2Pc；

c.三片叠合又同三片叠合对合弹簧组的压平负荷等于单个簧片压平负荷的3倍即3Pc。

组合弹簧组的总变形量为f3，其对应的压平负荷为Pc、2Pc、3Pc，可以很方便地求得任意组合弹簧组任何变形f2时的负荷P1、P2、P3。

当f1=（0.15～0.20）f3时，将f1代入（3）、（4）、（5）三式即可得到预压缩负荷。

2.3碟形弹簧组的变形计算

一个碟形弹簧组的重要几何尺寸有簧片的外径D、内径d、簧片厚度t(t’)、簧片变形量h0（h0’）、弹簧组总变形量、压平长度、自由长，其间关系如下：

采用对合组合其组数i=；

单一对合组合压平长度=2t·i；

双叠合对合组合压平长度=4t·i；

三叠合对合组合压平长度=6t·i；

碟簧组自由长度=总变形量+压平长度。

3弹性拉压杆装置的外特性

3.1弹性拉压杆长度变化与外负荷的关系

弹性拉压杆在外负荷作用下其长度变化的规律既基于弹簧组又有别于弹簧组。弹簧组特性（即外力同变形成正比）又称为内特性，抗压杆的特性（即外力同长度变化的关系）又称为外特性（见图2）。在拉压杆装配时，用外力P将碟形弹簧组压缩，变形至f2，用调节垫将这个变形固定住，就此弹簧组长度缩短至f3-f2。变形图上由O至B虚线这一段，弹簧组变形关系为O-B-C-D，而拉压杆外力同变形的关系为折线A-B-C-D。

1）

2）

3）

4）A-B段。在外力从0增至P时，拉压杆无变形，只是承受的外载增加，属刚性工作阶段。

5）B-C段．外力大于P时，又恢复到弹簧组的变形规律，变形同外力成正比。

6）C-D段．从使用界线至弹簧组被压平，外力从0.75Pc增至Pc。

B点处是个转折点，工作时使用负荷为0至P，有突变外负荷时可能冲过B点而进入B-C段，这会缩短拉压杆的工作寿命。

拉压杆承载能力P同啮合力怎样匹配，f2选在预压与使用界线中间什么位置比较恰当，以及总变形量f3怎样确定，是弹性拉压杆装置设计的三个原则问题。

3.2弹性拉压杆力学计算步骤

1)由啮合力定承载能力P；

2)由承载能力定压平负荷Pc=P/0.5～0.6；

3)由Pc决定单个碟簧片和碟簧组合方式；

4)f3除以每组碟簧变形量，得碟簧组数；

5)每组碟簧厚度乘以组数得碟簧组压平长度；

6)由总变形量f3加碟簧组压平长度得碟簧组自由长度；

7)进行碟形弹簧应力计算，并核算强度；

8)对拉压杆装置各构件按抗拉受力状态进行强度核算；

9)因拉压杆处于受压状态时压杆长度比较大，应当考虑细长比，做压杆稳定性计算。