摘 要：830E卡車24V發(fā)電機(jī)原轉(zhuǎn)軸與皮帶輪的連接屬于過(guò)盈配合，在日常的使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與皮帶輪之間的間隙變大，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生皮帶輪的旋轉(zhuǎn)與充電機(jī)轉(zhuǎn)軸不同步，最終導(dǎo)致充電機(jī)轉(zhuǎn)軸、皮帶輪磨損嚴(yán)重，無(wú)法修復(fù)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)軸及皮帶輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，決定將它們之間的連接方式改造為普通鍵連接，改造后充電機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，極大地降低了設(shè)備的故障率，同時(shí)也減少了維修成本。

關(guān)鍵詞：830E 發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)軸

Abstract： 24V generator of 830E truck connected to the original shaft and pulley belong interference fit， in everyday use， is often a gap between the shaft and the pulley becomes large， and thus produces a rotating pulley shaft is not synchronized with the charger， the final cause charging machine shaft， pulley badly worn beyond repair. Through the shaft and pulley structure analysis， we decided to transform the way for the spline connection between them， run charger after the transformation is more stable， reliable and greatly reduce the failure rate of the equipment， while also reducing maintenance costs.

Keywords： 830E，Generator， Shaft

前 言

神華準(zhǔn)能黑岱溝露天煤礦830E電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)卡車10臺(tái)，24V發(fā)電機(jī)是整車供電系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，由于露天礦坑下路面較為復(fù)雜、顛簸起伏，再加上皮帶傳動(dòng)本身具有不穩(wěn)定性，因此導(dǎo)致皮帶輪和轉(zhuǎn)軸之間受力復(fù)雜，而它們之間主要是靠摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)連接的，一旦所受外力值超過(guò)摩擦力的極限，就會(huì)導(dǎo)致皮帶輪和轉(zhuǎn)軸連接部位出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)工作性能不穩(wěn)定，使用壽命明顯縮短，降低了設(shè)備的出動(dòng)率。

1 發(fā)電機(jī)工作原理

24V發(fā)電機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)，只有一個(gè)線圈，起點(diǎn)和終點(diǎn)分別接在軸心上，又通過(guò)電刷引出發(fā)電機(jī)外供用電器使用，總共兩根線，隨意接在負(fù)載上即可。當(dāng)外電路通過(guò)電刷使勵(lì)磁繞組通電時(shí)，便產(chǎn)生磁場(chǎng)，使爪極被磁化為N極和S極。當(dāng)皮帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通交替地在定子繞組中變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，定子的三相繞組中便產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就是交流發(fā)電機(jī)的工作原理。[1]

由原動(dòng)機(jī)（即發(fā)動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，以轉(zhuǎn)速n（rpm）旋轉(zhuǎn)，三相定子繞阻便感應(yīng)交流電勢(shì)。定子繞阻若接入用電負(fù)載，電機(jī)就有交流電能輸出，經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電從輸出端子輸出。

交流發(fā)電機(jī)分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組兩部分，三相定子繞組按照彼此相差120度電角度分布在殼體上，轉(zhuǎn)子繞組由兩塊極爪組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組接通直流電時(shí)即被勵(lì)磁，兩塊極爪形成N極和S極。磁力線由N極出發(fā)，透過(guò)空氣間隙進(jìn)入定子鐵心再回到相鄰的S極。轉(zhuǎn)子一旦旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組就會(huì)切割磁力線，在定子繞組中產(chǎn)生互差120度電度角的正弦電動(dòng)勢(shì)，即三相交流電，再經(jīng)由二極管組成的整流元件變?yōu)橹绷麟娸敵觥?/p>

當(dāng)開關(guān)閉合后，首先由蓄電池提供電流。電路為：蓄電池正極→充電指示燈→調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)→勵(lì)磁繞阻→搭鐵→蓄電池負(fù)極。此時(shí)，充電指示燈由于有電流通過(guò)，所以燈會(huì)亮。但發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，發(fā)電機(jī)的端電壓也不斷升高。當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓與蓄電池電壓相等時(shí)，發(fā)電機(jī)B端和D端的電位相等，此時(shí)，充電指示燈由于兩端電位差為零而熄滅。指示發(fā)電機(jī)已經(jīng)正常工作，勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)自己供給。發(fā)電機(jī)中三相繞阻所產(chǎn)生的三相交流電動(dòng)勢(shì)經(jīng)二極管整流后，輸出直流電，向負(fù)載供電，并向蓄電池充電。

2 發(fā)電機(jī)改造原因

830E卡車24V發(fā)電機(jī)原轉(zhuǎn)軸與皮帶輪的配合屬于過(guò)盈連接，其原理是由于材料具有彈性，在包容件（孔）和被包容件（軸）配合表面產(chǎn)生壓力，當(dāng)連接受到軸向力、轉(zhuǎn)矩或二者合力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力或摩擦力矩以承受或傳遞外載荷。[2]但是在日常的使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與皮帶輪之間的間隙變大，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生皮帶輪的旋轉(zhuǎn)與充電機(jī)轉(zhuǎn)軸不同步，最終導(dǎo)致充電機(jī)轉(zhuǎn)軸、皮帶輪磨損嚴(yán)重，無(wú)法修復(fù)，在增加了維修成本的同時(shí)，也給維修人員增加了勞動(dòng)量。

3 改造方式-鍵連接

鍵連接是通過(guò)鍵實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件間的軸向固定以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，有些類型可以實(shí)現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力，還有些類型能夠?qū)崿F(xiàn)軸向動(dòng)聯(lián)接。[3]鍵連接裝配中，鍵（一般用45號(hào)鋼制成）是用來(lái)連接軸上零件并對(duì)它們起軸向固定作用，以達(dá)到傳遞扭矩的一種機(jī)械零件。[4]鍵連接可分為平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。

（1）平鍵連接

平鍵按用途分有三種：普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。平鍵的兩側(cè)面為工作面，平鍵連接是靠鍵和鍵槽側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩，鍵的上表面和輪轂槽底之間留有間隙。平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。

普通平鍵用于輪轂與軸間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的靜連接。按鍵的端部形狀不同分為A型（圓頭）、B型（方頭）、C型（單圓頭）三種。A型普通平鍵的軸上鍵槽用指狀銑刀在立式銑床上銑出，槽的形狀與鍵相同，鍵在槽中固定良好，工作時(shí)不松動(dòng)，但軸上鍵槽端部應(yīng)力集中較大；B型普通平鍵軸槽是用盤狀銑刀在臥式銑床上加工，軸的應(yīng)力集中較小，但鍵在軸槽中易松動(dòng)，故對(duì)尺寸較大的鍵，宜用固定螺釘將鍵壓在軸槽底部；C型普通平鍵常用于軸端的連接。

導(dǎo)向平鍵和滑鍵均用于輪轂與軸間需要有相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)連接。導(dǎo)向平鍵用螺釘固定在軸上的鍵槽中，輪轂沿鍵的側(cè)面作軸向滑動(dòng)；滑鍵則是將鍵固定在輪轂上，隨輪轂一起沿軸槽移動(dòng)。 導(dǎo)向平鍵用于輪轂沿軸向移動(dòng)距離較小的場(chǎng)合，當(dāng)輪轂的軸向移動(dòng)距離較大時(shí)宜采用滑鍵連接。[5]

（2）半圓鍵連接

半圓鍵連接的工作原理與平鍵連接相同，軸上鍵槽用與半圓鍵半徑相同的盤狀銑刀銑出，因此半圓鍵在槽中可繞其幾何中心擺動(dòng)以適應(yīng)輪轂槽底面的斜度，半圓鍵連接的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和裝拆方便，但由于軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，故一般多用于輕載連接，尤其是錐形軸端與輪轂的連接中。[6]

（3）楔鍵連接

楔鍵的上下表面是工作面，鍵的上表面和輪轂鍵槽底面均具有 1：100的斜度。裝配后，鍵楔緊于軸槽和轂槽之間；工作時(shí)，靠鍵、軸、轂之間的摩擦力及鍵受到的偏壓來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)能承受單方向的軸向載荷。[7]

（4）切向鍵連接

切向鍵由兩個(gè)斜度為 1：100 的普通楔鍵組成。裝配時(shí)兩個(gè)楔鍵分別從輪轂一端打入，使其兩個(gè)斜面相對(duì)，共同楔緊在軸與輪轂的鍵槽內(nèi)，其上、下兩面（窄面）為工作面，其中一個(gè)工作面在通過(guò)軸心線的平面內(nèi)，工作時(shí)工作面上的擠壓力沿軸的切線作用。因此，切向鍵連接的工作原理是靠工作面的擠壓來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，一個(gè)切向鍵只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，若要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩，必須用兩個(gè)切向鍵，并錯(cuò)開120度-135度反向安裝。切向鍵連接主要用于軸徑大于 100mm 、對(duì)中性要求不高且載荷較大的重型機(jī)械中。[8]

24V發(fā)電機(jī)內(nèi)部由于皮帶輪與轉(zhuǎn)軸連接后外部仍有固定鎖母加以緊固，它們之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，并且傳遞的力矩也較小，因此，我們選擇普通平鍵連接，具體尺寸為鍵寬4mm，鍵高3.8mm，鍵長(zhǎng)24mm。

圖1 改造后的轉(zhuǎn)軸與皮帶輪

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了830E卡車24V發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與皮帶輪在日常的使用過(guò)程中出現(xiàn)間隙變大這一故障現(xiàn)象，然后對(duì)其進(jìn)行了原因分析，最終制定出了具體改造方案。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)改造后的充電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性得以提高，同時(shí)也減少了充電機(jī)、皮帶輪及皮帶的損耗，確保了設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的降本增效，同時(shí)也有效地提高了設(shè)備的出動(dòng)率，保證了神華準(zhǔn)能黑岱溝露天煤礦的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[8] 孫靖民.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)（第5版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012，13-18.

作者簡(jiǎn)介：孫回春（1987-）男，本科，神華準(zhǔn)能設(shè)備維修中心汽修車間重卡鉗工，籍貫：內(nèi)蒙古呼和浩特市，畢業(yè)：2012年7月畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，環(huán)境工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，身份證號(hào)：15012319870611363x