联轴器的环保设计刀头

联轴器的环保设计

联轴器的环保设计 2011： 用于传递大功率的离合器的质量惯性矩比较低，这对系统所需的驱动功率和能源消耗都有着积极的影响，尽管这种作用非常有限。大功率密度表示生产中使用的原材料较少，而恰恰在这里蕴含着很大的节约潜力。在降低CO2排放量的前提下，机床和设备应尽可能的降低能源消耗。这是在最新的EuP欧盟指令（用能产品生态设计框架指令）中提出的要求。所有的机床设备零部件都要按规定来设计和制造。联轴器是一个纯粹的机械部件，因此不包括在欧盟指令规定的范围内。尽管如此，其对机床设备的能源平衡也还有着一定的影响。结构紧凑且功率密度高的联轴器，如Mayr驱动技术公司研发生产的无间隙全钢联轴器ROBA-DS，就具有非常低的质量惯性矩，而这直接降低了所需的驱动功率。因此，该联轴器的设计开创了一个节能新天地。在其研发生产过程中，成功实现了比其他全钢联轴器更高的功率密度。也就是说此联轴器的体积更小，可以传递的力矩更大。体积小也就表示生产该联轴器所需的原材料更少。

图1 在EGM（汉诺威装配技术研发公司）的变速器试验台上ROBA-DS联轴器利用长套筒连接EAS安全保护离合器

金属材料的节约潜能是非常可观的，视联轴器规格大小和结构形式的不同，可节约的金属材料达40％~70％。如果在所有的实际应用中都将联轴器更换为申请了多种专利的ROBA-DS联轴器，那么整个德国每年就可以节省约600t钢材。

图2 ROBA-DS联轴器的结构设计具有体积小和传递扭矩大的特点，因此可以节约钢材，减少CO2的排放

泰森集团公司在他们“2004至2005年度的可持续发展报告”中发布了这样的数字：其杜伊斯堡钢厂每生产1t钢材要消耗18.5GJ的能源。据泰森集团介绍，该钢厂是世界范围内经济性极好的钢铁生产厂。若每年节省600t钢材，即使是经济性极好的杜伊斯堡钢厂也相当于节约了11 100GJ的能源。一户具有通风监控调节装置的家庭住宅中每1m2居住面积的年度能耗为30kWh。100 m2的该类住宅每年采暖所需要的能源为10.8GJ。据此计算，生产600t钢材所需的能源可供1028家居民使用一年。从EuP欧盟指令（用能产品生态设计框架指令）的意义来讲，通过使用ROBA-DS片式联轴器所节约的11 100GJ能源，其更重要的意义在于降低了CO2的排放量。例如，1L民用燃料油能够产生10kWh或者36MJ的能量。生产600t钢材所需的能源相当于308 333L民用燃料油。而1L民用燃料油燃烧时所释放的CO2为3kg，照此计算共计要排出925t CO2。联轴器带来能源节约根据EuP指令的规定，联轴器是不在‘用能产品生态设计框架’之内的。但是通过ROBA-DS片式联轴器的实际应用却能够看出机械零部件在整个生产和减少CO2排放过程中所发挥的重要作用。Mary驱动技术公司研发设计的ROBA-DS联轴器具有很强的扭转刚性，但也有很好的弯曲适应性和轴向、角度及径向补偿性能。目前，ROBA-DS系列联轴器能够传递的额定功率为24 000Nm，是一种可靠性高且坚固耐用的联轴器，可以在非常恶劣的工作环境中使用。其工作温度的范围和功率密度至少能达到其他类型轴用联轴器的水平；若尺寸规格、安装和使用方式得当，其寿命几乎是无限长的。该片式联轴器还具有耐磨损、免维护以及很好的扭转刚性等优点。许多联轴器（约50％~80％）是依靠摩擦力来传递扭矩的，其余的则是依靠配合螺栓来传递。当负载超过了摩擦传动的力矩时，片式联轴器之间会出现很小的相对位移，这就带来了很多的缺陷和不足。随负载大小和方向的变化，各个零件之间会出现相对位移，导致联轴器处于不稳定的平衡状态中。片式联轴器各片之间的相对运动，会导致配合螺栓的预紧力下降，螺栓承受的弯曲载荷增加，最终导致螺栓断裂。为了避免这种恶果，片式联轴器的生产厂通常会限制交变力矩的传递或采取其他措施。尽管产品目录中对承载能力有着明确的规定，但一般情况下用户还是会选择更大规格的联轴器，以避免配合螺栓的断裂。

图3 具有环保意识的设计

大功率密度与绝对无间隙的结合ROBA-DS联轴器的应用情况则与上述联轴器完全不同。为了将大功率密度与绝对的无间隙传动结合在一起，ROBA-DS联轴器在其紧固部位采取了特殊的喷砂处理工艺。除此以外，其还采取了其他的保障措施，即在联轴器毂以及中间连接件中使用特殊形状的轴套，使得配合螺栓的预紧力能够传递到无间隙连接的联轴器毂上，从而保证了在联轴器动力输入端和输出端大功率密度的传递。相比而言，其所使用的配合螺栓的尺寸规格较小，因此配合螺栓的自由弯曲长度较短，所以也就无需对螺栓的位移性能有所限制，从而，可以不受任何限制的传递产品目录中所规定的额定扭矩。欧盟对能源效率的要求欧盟采取了一系列措施，以减少在产品生产、使用和排污方面对环境造成的危害。在驱动技术领域中，驱动技术产品的研发设计必须遵守WEEE“电气和电子产品废弃物指令”以及RoHS“关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”的相关要求和规定。此外，还要加上EuP用能产品生态设计框架指令，这是一个以降低CO2排放为目的的欧盟指令。而要实现这一指令的要求就必须采取能有效提高能源利用率的措施。然而，仅靠一个机械部件的改进，其效果是极其微弱的，如仅仅依靠发动机的性能改进，是远远不够的。必须对整套驱动系统进行优化设计，其中就包括联轴器、制动器、变速器以及其他传动零部件的优化改进。通过这些优化改进措施，人类和环境都会因更少的CO2排放和更少的电力消耗而受益。(end)

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