摘要：在上充泵泵组的检修过程中，A厂生产的上充泵电机联轴器拆卸困难，而B厂生产的上充泵电机联轴器拆卸较为容易。为探究其原因，本文通过理论计算和ANSYS仿真对比分析了两种联轴器的相关参数，发现A厂的联轴器相较B厂使用的联轴器设计裕量大，现场拆卸较为困难。
关键词：上充泵;联轴器;ANSYS
引言或概述
上充泵是核电厂重要的核安全设备，现国产上充泵的驱动电机均为佳木斯电机厂生产的卧式三相异步电机。该电机与齿轮箱连接的联轴器主要有A厂使用的WG9-100×120-110×210型联轴器和B厂使用的ZAPEX/ZIZS 2.0A型联轴器，以下简称WG型联轴器和ZA型联轴器。这两种类型的联轴器传递的功率相近，但WG型联轴器各项尺寸较ZA型联轴器尺寸有较大差异，现场检修过程中发现WG型进联轴器拆卸困难，ZA型联轴器拆卸相对容易。本文通过计算对比分析两种联轴器的相关参数。发现WG型联轴器设计裕量大，虽然该联轴器安全系数高，但现场拆卸困难，不便于现场检修。
1 国产上充泵电机联轴器介绍
国产上充泵电机联轴器主要有两个类型，分别为A厂使用的WG型和B厂使用的ZA型。這两种联轴器均为齿形联轴器，该类联轴器具有径向尺寸小，承载能力大，可补偿轴向，径向和角对中偏差。在石油，化工，能源行业具有广泛的应用。
2 联轴器几何尺寸和材料对比介绍
根据相关厂家的设计资料，WG型联轴器内孔与电机轴的过盈量最大为0.13mm，ZA型联轴器内孔与电机轴的过盈量最大为0.15mm。联轴器相关尺寸如图1所示（括号中尺寸为WG型联轴器的尺寸），联轴器相关尺寸对比如表1所示。
通过对比相关尺寸，发现两种联轴器的配合过盈量相当，而对比联轴器轮毂厚度和配合长度，WG型联轴器大约为ZA型联轴器的两倍。
根据厂家技术文件，WG型联轴器的材料为42CrMo，ZA型联轴器的材料为45#钢，材料相关力学性能见表2。通过对比，可以发现WG型联轴器的材料无论是抗拉强度还是屈服强度，均比ZA型大很多，说明WG型联轴器在设计选材时更加保守。
3 联轴器传递扭矩对比介绍
根据两种联轴器和电机轴的过盈量以及相关的材料参数，分别计算出相应联轴器传递的最大扭矩。根据弹性理论，过盈配合面的压力p[1]的计算如下：
①
其中为两个零件之间的径向过盈量;r为配合处的公称半径;为中空轴的内半径（实心轴时为0）;为包容件外半径;E和v分别为材料的弹性模量和泊松比。
根据上充泵电机联轴器的工作特性，该联轴器主要是传递扭矩。该联轴器传递的最大扭矩为最大静摩擦力矩T。
T=pfL ②
②式中，P为过盈配合面的压力，f为配合面摩擦系数[2]，根据d为配合直径，L为配合长度。
根据厂家技术文件，WG型联轴器和ZA型联轴器传递功率均为650Kw，根据联轴器传递功率由下③式可以得出联轴器实际传递扭矩。
③
在③式中，为联轴器实际传递扭矩，P为联轴器传递功率，n为电机轴转速。
根据①②③式可分别计算得出两类联轴器的过盈面接触压力，最大传递扭矩和实际传递扭矩，相关计算结果见表3。
根据表3的数据可以得出，两种联轴器的过盈面压力均小于一般钢轴与钢制轮毂间的许用挤压应力（100～150Mpa），两种联轴器的过盈量满足现场使用要求。通过对比两种联轴器的传递扭矩，发现虽然两种联轴器实际传递扭矩相同，但WG型联轴器的最大传递扭矩为ZA型联轴器的2.3倍，一般联轴器轴套轮毂与轴的安全摩擦力矩为最大传递扭矩的1.5～3倍[3]。通过表3可以看出，ZA型联轴器最大传递扭矩与实际转递扭矩之比为3.9，而WG型联轴器最大传递扭矩与实际转递扭矩之比为8.8，远大于标准要求中的1.5～3倍。说明WG型联轴器设计裕量远大于ZA型联轴器，虽说WG型联轴器的设计对于整个设备来说运行更加安全，但通过联轴器几何尺寸对比可以发现WG型联轴器的几何尺寸相较于ZA型大得多，给现场的设备空间布置和检修带来了额外的困扰。
4 联轴器拆卸工艺介绍
在现场检修过程中，联轴器的拆卸是一项很有挑战性的工作，根据经验，对于过盈联轴器，基本上有以下三种拆卸方案。
1）使用气割或者机加工的方法，直接破坏性拆除联轴器外齿套。
2）加热轮毂拆卸法，利用氧乙炔焰或者中频加热器对联轴器轮毂外表面进行加热，短时间内使联轴器轮毂受热膨胀（此时电机轴还未被加热膨胀）直到完全胀开，再对联轴器施加一定的轴向力将其拉出。
3）液压胀开拆卸法，此法是利用联轴器的加工孔在联轴器和轴的接合面注入高压油，直到压力达到接合面压强，此时液压油将联轴器和电机轴之间完全胀开并形成油膜，再利用千斤顶施加一定的轴向力，使联轴器与电机轴之间发生相对移动，直到联轴器完全脱出轴，完成整个拆卸过程。
通过对比3种拆卸方案，方案1需破坏联轴器，而且在机加工或者切割的过程中还有可能伤到轴，不满足现场施工要求;通过分析联轴器的结构信息，发现ZA型联轴器设计有高压油孔，可以利用方案3拆卸。WG型联轴器未设计相关油孔，需选择方案二进行拆卸，而中频加热器相较于氧气乙炔加热有加热速度快，受热均匀，温度易控制的优点，所以WG型联轴器更适合使用方案2中的中频加热器加热拆卸。
从表4可以看出，ZA型联轴器拆卸时需选用30T千斤顶，而WG型联轴器需需要选用70T的千斤顶。通过对比可以看出WG型联轴器拆卸更加困难。