聯(lián)軸器是一個(gè)純粹的機(jī)械部件,在降低CO2的呼聲下,各類(lèi)動(dòng)力系統(tǒng)盡可能的降低能源的消耗,這就要求動(dòng)力系統(tǒng)中的聯(lián)軸器按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造,使之傳遞更大的扭矩具有更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。結(jié)構(gòu)緊湊且功率密度高的聯(lián)軸器,如Mayr驅(qū)動(dòng)技術(shù)公司研發(fā)生產(chǎn)的無(wú)間隙全鋼聯(lián)軸器ROBA-DS,就具有非常低的質(zhì)量慣性矩,使傳動(dòng)系統(tǒng)用更小功率的原動(dòng)機(jī)就能驅(qū)動(dòng)。因此,該聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)了新的設(shè)計(jì)理念。在其研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中,因產(chǎn)品體積小,意味著用更少的原料和更短的加工工時(shí)就能制作完成,同時(shí)也使聯(lián)軸器由于不平衡等因素在傳動(dòng)系統(tǒng)中消耗的功率越小,安裝也變的更加方便。
圖1 在EGM(漢諾威裝配技術(shù)研發(fā)公司)的變速器試驗(yàn)臺(tái)上ROBA-DS聯(lián)軸器利用長(zhǎng)套筒連接EAS安聯(lián)軸器使用的金屬材料的節(jié)約潛能是非常可觀的,視聯(lián)軸器規(guī)格大小和結(jié)構(gòu)形式的不同,可節(jié)約的金屬材料與常規(guī)的聯(lián)軸器比達(dá)40%~70%。如果在所有的實(shí)際應(yīng)用中都將聯(lián)軸器更換為申請(qǐng)了多種專(zhuān)利的ROBA-DS聯(lián)軸器,那么整個(gè)德國(guó)每年就可以節(jié)省約600t鋼材。
圖2 ROBA-DS聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有體積小和傳遞扭矩大的特點(diǎn),因此可以節(jié)約鋼材,減少CO2的排放泰森集團(tuán)公司在他們“2004至2005年度的可持續(xù)發(fā)展報(bào)告”中發(fā)布了這樣的數(shù)字:其杜伊斯堡鋼廠每生產(chǎn)1t鋼材要消耗18.5GJ的能源。據(jù)泰森集團(tuán)介紹,該鋼廠是世界范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)性極好的鋼鐵生產(chǎn)廠。若每年節(jié)省600t鋼材,即使是經(jīng)濟(jì)性極好的杜伊斯堡鋼廠也相當(dāng)于節(jié)約了11 100GJ的能源。一戶(hù)具有通風(fēng)監(jiān)控調(diào)節(jié)裝置的家庭住宅中每1m2居住面積的年度能耗為30kWh。100 m2的該類(lèi)住宅每年采暖所需要的能源為10.8GJ。據(jù)此計(jì)算,生產(chǎn)600t鋼材所需的能源可供1028家居民使用一年。從EuP歐盟指令(用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)框架指令)的意義來(lái)講,通過(guò)使用ROBA-DS片式聯(lián)軸器所節(jié)約的11 100GJ能源,其更重要的意義在于降低了CO2的排放量。例如,1L民用燃料油能夠產(chǎn)生10kWh或者36MJ的能量。生產(chǎn)600t鋼材所需的能源相當(dāng)于308 333L民用燃料油。而1L民用燃料油燃燒時(shí)所釋放的CO2為3kg,照此計(jì)算共計(jì)要排出925t CO2。
聯(lián)軸器帶來(lái)能源節(jié)約
根據(jù)EuP指令的規(guī)定,聯(lián)軸器是不在‘用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)框架’之內(nèi)的。但是通過(guò)ROBA-DS片式聯(lián)軸器的實(shí)際應(yīng)用卻能夠看出機(jī)械零部件在整個(gè)生產(chǎn)和減少CO2排放過(guò)程中所發(fā)揮的重要作用。Mary驅(qū)動(dòng)技術(shù)公司研發(fā)設(shè)計(jì)的ROBA-DS聯(lián)軸器具有很強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)剛性,但也有很好的彎曲適應(yīng)性和軸向、角度及徑向補(bǔ)償性能。目前,ROBA-DS系列聯(lián)軸器能夠傳遞的額定功率為24 000Nm,是一種可靠性高且堅(jiān)固耐用的聯(lián)軸器,可以在非常惡劣的工作環(huán)境中使用。其工作溫度的范圍和功率密度至少能達(dá)到其他類(lèi)型軸用聯(lián)軸器的水平;若尺寸規(guī)格、安裝和使用方式得當(dāng),其壽命幾乎是無(wú)限長(zhǎng)的。該片式聯(lián)軸器還具有耐磨損、免維護(hù)以及很好的扭轉(zhuǎn)剛性等優(yōu)點(diǎn)。許多聯(lián)軸器(約50%~80%)是依靠摩擦力來(lái)傳遞扭矩的,其余的則是依靠配合螺栓來(lái)傳遞。當(dāng)負(fù)載超過(guò)了摩擦傳動(dòng)的力矩時(shí),片式聯(lián)軸器之間會(huì)出現(xiàn)很小的相對(duì)位移,這就帶來(lái)了很多的缺陷和不足。隨負(fù)載大小和方向的變化,各個(gè)零件之間會(huì)出現(xiàn)相對(duì)位移,導(dǎo)致聯(lián)軸器處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中。
片式聯(lián)軸器各片之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),會(huì)導(dǎo)致配合螺栓的預(yù)緊力下降,螺栓承受的彎曲載荷增加,最終導(dǎo)致螺栓斷裂。為了避免這種惡果,片式聯(lián)軸器的生產(chǎn)廠通常會(huì)限制交變力矩的傳遞或采取其他措施。盡管產(chǎn)品目錄中對(duì)承載能力有著明確的規(guī)定,但一般情況下用戶(hù)還是會(huì)選擇更大規(guī)格的聯(lián)軸器,以避免配合螺栓的斷裂。
圖3 具有環(huán)保意識(shí)的設(shè)計(jì)大功率密度與絕對(duì)無(wú)間隙的結(jié)合
ROBA-DS聯(lián)軸器的應(yīng)用情況則與上述聯(lián)軸器完全不同。為了將大功率密度與絕對(duì)的無(wú)間隙傳動(dòng)結(jié)合在一起,ROBA-DS聯(lián)軸器在其緊固部位采取了特殊的噴砂處理工藝。除此以外,其還采取了其他的保障措施,即在聯(lián)軸器轂以及中間連接件中使用特殊形狀的軸套,使得配合螺栓的預(yù)緊力能夠傳遞到無(wú)間隙連接的聯(lián)軸器轂上,從而保證了在聯(lián)軸器動(dòng)力輸入端和輸出端大功率密度的傳遞。相比而言,其所使用的配合螺栓的尺寸規(guī)格較小,因此配合螺栓的自由彎曲長(zhǎng)度較短,所以也就無(wú)需對(duì)螺栓的位移性能有所限制,從而,可以不受任何限制的傳遞產(chǎn)品目錄中所規(guī)定的額定扭矩。
歐盟對(duì)能源效率的要求
歐盟采取了一系列措施,以減少在產(chǎn)品生產(chǎn)、使用和排污方面對(duì)環(huán)境造成的危害。在驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中,驅(qū)動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)必須遵守WEEE“電氣和電子產(chǎn)品廢棄物指令”以及RoHS“關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令”的相關(guān)要求和規(guī)定。此外,還要加上EuP用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)框架指令,這是一個(gè)以降低CO2排放為目的的歐盟指令。而要實(shí)現(xiàn)這一指令的要求就必須采取能有效提高能源利用率的措施。然而,僅靠一個(gè)機(jī)械部件的改進(jìn),其效果是極其微弱的,如僅僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)的性能改進(jìn),是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。必須對(duì)整套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),其中就包括聯(lián)軸器、制動(dòng)器、變速器以及其他傳動(dòng)零部件的優(yōu)化改進(jìn)。通過(guò)這些優(yōu)化改進(jìn)措施,人類(lèi)和環(huán)境都會(huì)因更少的CO2排放和更少的電力消耗而受益。(end) |