摘要：本文首先简要分析了弹性胀套的基本工作原理，指出了其力学模型，并进行了受力分析，最后探讨了具体的计算及选用方法，望能为此领域研究有所借鉴。
关键词：弹性胀套；结构；受力
弹性胀套实为一种比较新型的连接方式，其借助于两锥面压紧后所形成的摩擦力，来传递轴向力与扭矩。相比于以往比较常用的联接方式，弹性胀套有着诸多突出优点，比如有着较高的定心精度，制造、安装工作方便且简单；拆卸方便，互换性好；利用摩擦力传递动力，当超载时，可以有效预防设备损坏；由于此种联接的被联接件无应力集中点，因而有着比较高的承载力。由于弹性胀套具备上述优点，因而在矿山设备、起重运输机械等重型机械中得到广泛应用。
1.工作原理分析
国内通常情况下，大多采用弹性夹头当作盘类零件加工相应定位元件，但是当其处于工作状态时，径向锥面或轴向锥面配合部分，会出现接触不良的情况，因此，其定心精度仅为0.05~0.09mm。为了能够获得更高精度的弹性定位元件，弹性胀套诞生并得到广泛应用，其相比于弹性夹头，定心准确，结构简单，且夹紧可靠。目前，大多数比较常见的弹性胀套无论在工作原理上，还是在具体结构方面，均基本相同。一般情况下，是由分布于锥环圆周方向上的一组高强度螺栓与一对内外锥面相贴合的锥环构成。如果根据相关要求将圆周上的高强度螺栓拧紧之后，那么在螺栓轴向夹紧力的持续作用下，内外锥面会出现径向变形，促使内锥体出现持续收缩，而外椎体受此影响，会发生膨胀，以此达到消除联接件间隙的目的，最终形成典型的过盈配合，在接触面上建立比压，借助于摩擦力，而持续传递轴向力与扭矩。
2.力学模型与受力分析
2.1力学模型
图1是一种比较常见的弹性胀套的力学模型。在此图中，F即为螺栓在拧紧状态下所形成的轴向预紧力；α是弹性胀套内外锥的相应锥度，一般情况下，α的取值区间为10~20°，而N1所代表的是轴的接触面与内锥，或者是外锥与毂的正压力；f1即为上述正压力所形成的摩擦力；R1表示的是N1与f1之间的合力，又被称之为全反力； 表示的是N1与R1之间的夹角。
图1 弹性胀套力学模型 图2 外锥环受力分析
2.2受力分析
为了能够更好的对弹性胀套相应受力状态进行分析，选取图2的隔离体（外锥环可以，内锥环也可以，本文选择外锥环）。在此图中，R2是轴向预紧力持续作用下，内外锥面上所形成的摩擦力F2与正压力N2之间的合力， 表示的是正压力N2与合力R2之间的夹角，也就是摩擦角 =arctgµ，在公式当中，µ所代表的是摩擦系数，钢材µ=0.1~0.12。设定各摩擦面有着相同的摩擦系数，依据图中所给出的隔离体，借助于平衡条件，便能制作出力矢量封闭图。因此，结合实际情况，可得出如下关系式：
单位是kNm；M表示的是弹性胀套需传递的扭矩，单位是kNm；Fz所代表的是轴向力，单位是kN；Ft所表示的是弹性胀套的额定轴向力，单位为kN；Fr所表示的是承受的径向力，单位是kN；Fd表示的是当量轴向力，单位是kN；Pt所表示的是弹性胀套与轴配合面的压强，单位是MPa；d表示的是弹性胀套内环内径，单位是mm；l所表示的是弹性胀套内环宽度，单位是mm；K表示的是安全系数，K=1.2。
4.结论
综上，为了能够切实保障弹性胀套可以可靠且安全的工作，在实际使用中，或者是在选型中，需要注意如下几点：（1）严格依据承载类型，合理选择胀套的具体规格及型号。建议建议在选择胀套时，应选择其承载能力等于或者大于所需承受载荷，以后者的1.2倍为佳。（2）在对弹性胀套进行安装时，为了能够切实保证其可靠且比较安全的传递载荷，在进行螺栓预紧过程中，需合理运用力矩扳手，均匀、交叉且对角的施加预紧力，以此来逐渐把螺栓拧到规定的力矩值MA。整个拧紧过程，通常情况下，需分成4次来完成：第一次：首先使螺栓相应预紧力达MA/3；第二次：使螺栓相应预紧力达到2MA/3；第三次：依据相关规定与要求，预紧力MA将各螺栓拧紧；第四次：依据相关规定与要求，对各个螺栓相应预紧力进行检查，观察其是否满足规定要求。（3）在实际使用弹性胀套过程中，不可出现塑性变形，如果出现塑性变形，尽管仍然可以继续工作，但是如果想要拆除，往往存在较大难度。所以，需要切实保证弹性胀套相应工作应力小于或等于材料的屈服极限。
参考文献：
[1]何章涛, 杜静, 何玉林,等. MW级风力发电机组主轴胀套连接的结构强度分析[J]. 机械设计, 2011, 28(5):69-74.
[2]于岩, 邹元阳, 张媛,等. 带式输送机胀套联接结构的强度分析[J]. 起重运输机械, 2013(6):30-34.
[3]李新宁, 李永芳, 郑伟,等. 弹性胀套的定心夹持心轴加修法[J]. 金属加工(冷加工), 2013(6):38-39.
[4]张彩虹, 魏治国, 金林龙. 用双弹性胀套加工中长的薄壁筒件[J]. 金属加工:冷加工, 2008(15):40-40.
作者简介：崔海龙（1984-11），男，汉族，籍贯：河北省唐山市，当前职务：工程师，学历：本科，研究方向：机械设计、机电设备开发
论文作者:崔海龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/2
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