0 引言
剪銷式安全聯軸器亦稱安全離合器、扭力限制器，是破壞式安全離合器中應用最廣泛的一種結構，其主要用于偶然過載的傳動系統，以保護主傳動電機和主要傳動部件不會因過載而損壞。河北京誠聯軸器廠生產的剪切式的安全聯軸器的主要形式有AYL安全聯軸器，同時我們還可以生產大扭矩的扭力限制器等，剪切式安全聯軸器受制造精度和材料均勻性影響，過載時動作精度并不高。這是由于剪斷銷受到軋機頻繁的咬鋼、拋鋼和換向產生的沖擊載荷，造成疲勞損傷累積，其強度也隨時間累積而降低。因此剪斷銷斷裂并不總是在系統過載時才發生。而且剪斷銷斷裂后經常嚴重損傷半聯軸器及聯軸器導向套，受損的聯軸器需要經常手工鉸制剪斷銷套孔和修復被撕裂的導向套以恢復基本的使用功能。因此聯軸器壽命短，檢修維護時勞動強度大，設備停車時間長。對日產值近300萬的設備來說，分析安全聯軸器的損壞形式，研究改進措施，重新設計一種長壽命的安全聯軸器，以避免因安全聯軸器故障引起的停車事件。
1 結構原理
此聯軸器結構比較簡單，主要由導向套和左、右半聯軸器三大部分組成，其中導向套通過螺栓與左半聯軸器連接，限定右半聯軸器在剪斷銷被剪斷時可在套內自由旋轉。左右半聯軸器通過剪斷銷傳遞動力，當系統過載時剪斷銷被剪斷，右半聯軸器在導向套中自由轉動，動力傳遞中斷。圖1為其簡圖。
2失效形式及原因分析
（1）導向套損壞 從此安全聯軸器的結構形式很容易看出，當系統過載，剪斷銷被切斷時，由于剪斷銷材料熱處理性能的不均勻性，切斷槽斷口并不會完全整齊，斷面往往會出現凸起。如圖2所示。
在轉動過程中，因為這個凸起，被剪斷的銷頭在左、右半聯軸器的限制下，會被頂出一段距離，并可能進入導向套的端面銷套安裝孔。于是，本來已經安全脫離的聯軸器，卻由導向套端面和被剪斷的斷銷頭繼續傳遞動力。因此，在反復的沖擊載荷作用下，薄弱的導向套端面被強大的沖擊力擠壓撕裂而損壞，而且剪斷銷套也由于擠壓面的減小，銷套被壓裂，孔壁被壓潰變形，進一步惡化了聯軸器的使用性能。
（2）半聯軸器剪斷銷套孔變形過大 通常情況下，安全聯軸器在首次使用前，左右聯軸器銷套孔是用絞刀鉸制后配入過盈的剪斷銷套，然后裝入間隙配合的剪斷銷。工作中，左右半聯軸器銷套孔壁的變形，一是由于剪斷銷斷裂時產生的凸起，在左右聯軸器錯動時產生的軸向力不但頂出了斷銷，也使銷套被頂出，從而導致銷頭凸起直接沖擊左右半聯軸器銷套孔邊部，致使銷套孔壁的變形；二是沖擊載荷不斷通過剪斷銷傳遞到左右聯軸器銷套孔壁，使其不斷受到擠壓，當局部擠壓應力大于材料的許用擠壓應力時孔壁變形，剪斷銷套松弛，而且隨著時間的推移變形加劇。剪斷銷斷裂錯動時引發孔壁的變形情況如圖3所示。
因此，安全聯軸器在工作一段時間后，要重新鉸制左右聯軸器銷套孔，重配剪斷銷套以恢復使用性能。但是，往往由于生產或其他原因，在鉸制左右聯軸器銷套孔時銷套孔已變形太大，無法完全通過鉸制孔的方法恢復其使用性能。如此反復，安全聯軸器銷套孔在沒有鉸制到極限尺寸，就因銷套孔已變形太大，使聯軸器過早報廢。
3 改進措施
3.1 材料改進
3.1.1 半聯軸器材料改進 原導向套和左、右半聯軸器三大部分材料均為 ZG45，其材料屈服應力為滓s= 310 MPa。剪斷銷材料為 45號鋼，通過淬火+高溫回火處理，其屈服應力為滓s ≥480 MPa，抗拉強度為滓b分布在650~800 MPa之間。以其中一種聯軸器剪斷銷直徑為20 mm，剪斷槽直徑為 16 mm，剪斷銷套外徑初期為30 mm，與半聯軸器銷套孔壁接觸長度為25 mm為例，要剪斷此銷的瞬時應力要超過剪切強度滓b，則在最大抗拉強度為滓b= 800 MPa 時，抗剪強度為：
而且超過了聯軸器材料屈服應力滓s。這就是聯軸器為什么在工作一段時間后，銷套孔會產生橢圓孔及孔口被壓潰的主要原因。因此，要使擠壓應力小于半聯軸器材料的屈服應力滓s，一方面可以通過增大銷套接觸面積，另一方面可以通過選擇屈服應力滓s＞ 320.89 MPa 的材料制造半聯軸器。比如，選擇ZG55，滓s = 340 MPa或屈服應力更高的材料。 3.1.2 銷套材料改進 剪斷銷套材料通常采用碳素工具鋼T 8，淬火處理后，硬度大于HRC62。這種材料在通過淬火回+ 火處理后雖然硬度，耐磨性比較高，但強度和塑性不高，承受沖擊載荷的能力比較低。這也是為什么經常會出現剪斷銷套破裂的主要原因。因此，在選擇剪斷銷套材料時，要從抗沖擊、耐磨、高強度等幾個方面綜合考慮，最后選擇耐沖擊合金工具鋼6CrW2Si。 3.2 結構改進 3.2.1 導向套結構改進 由于聯軸器的破壞形式主要是導向套損壞和聯軸器銷套孔變形過大引起的，因此，要避免以上兩種損壞形式的發生，就要從根本上改變其不合理的結構。前面已經分析了導向套被破壞的主要原因，所以要使被頂出的斷銷頭不會碰到導向套端面，一種方法就是用擋板堵住導向套剪斷銷安裝孔。但當剪斷銷被剪斷后要全部拆掉擋板，待更換所有的剪斷銷后又需裝回擋板，有時頂出的斷銷頭也會擠壓擋板，拉脫擋板固定螺栓，同樣會撕裂導向套，給聯軸器帶來很大的損傷，而且給維護帶來更多不便，因此這種方法并不可靠。另一種方法是把導向套端面加工成后凹形式，即使斷銷頭推出一段距離也不會和導向套端面接觸，也就避免了導向套的破壞。考慮到導向套只起支撐、導向作用，并不承受沖擊載荷，為了方便加工制造，導向套被設計成套和套環兩部分，然后通過焊接筋板連接成一整體后加工成型。其結構如圖4所示。
3.2.2 半聯軸器銷套孔改進 另外，由于初始銷套孔擠壓面積過小，雖然通過改變材料可提高其屈服極限，但由于材料的許用擠壓應力[滓b]≈ 12 滓s，所以在長期的交變載荷的作用下，銷套孔仍然會發生變形。因此，要實現聯軸器的壽命延長，在改變半聯軸器材料的同時，要增加銷套孔尺寸以增大擠壓面積。由公式滓= FS = F d伊b 可以看出，減小擠壓力F，增加銷套外徑d或半聯軸器厚度b 的都能使擠壓應力滓降低。但減小擠壓力F，也就意味著減小剪斷槽截面積，顯然這種方法是犧牲剪斷銷的壽命來換取聯軸器的壽命，但同時增加了停車換銷的周期，生產效率受到了很大影響，因此這種方法是不可取的。那么只能采取增大d或b 來降低擠壓應力，以實現聯軸器壽命的提高。若半聯軸器材料選擇為ZG55，
因此完全符合設計要求。
3.3 剪斷銷套的安裝方法改進 原半聯軸器銷套的安裝是在每次手工鉸孔過后，按實測孔徑，通過錘擊法裝入過盈量為0.03 mm 的剪斷銷套。這種不合理的裝配方法，往往造成剪斷銷套容易松動，同樣也是導致半聯軸器銷套孔變形及導向套撕裂的主要原因。因此，在制造裝配時采用冷裝的方法，使剪斷銷套與半聯軸器孔形成不可拆卸的過盈配合，從而使剪斷銷套在工作中不至于松脫。
4 結論
通過研究分析了軋機安全聯軸器（扭力限制器）的結構和損壞特點，并對主要影響聯軸器壽命部位進行強度校核，找出了薄弱環節，提出了通過重新選擇聯軸器材料和設計導向套等結構形式，延長此類安全聯軸器壽命的方法。采用這種方法，生產中只需用很短的時間更換被剪斷的剪斷銷，省去手工鉸孔，以及更換損壞聯軸器時占用大量的生產時間，從而實現了安全聯軸器的真正免維護。因此，極大地減少了安全聯軸器故障引起的停車時間，降低了維護檢修強度，從而解決了此類安全聯軸器壽命短，維護檢修占用生產時間長的這一生產瓶頸。
河北京誠聯軸器廠可以提供以下形式的安全聯軸器（扭矩限制器）：RW型鋼球式扭矩限制器 RWL型鋼球式扭矩限制器 RWF型滾柱式扭矩限制器 RWC型滾珠式扭矩限制器 TL型摩擦式扭矩限制器 TL-C型摩擦式扭矩限制器 TL-X型摩擦式扭矩限制器 AYL液壓安全聯軸器 | 
