起重机联轴器传递扭矩怎么校核？峰值扭矩与安全系数取值

联轴器是起升传动链上最先承受冲击的零件。GB/T 3811-2008 第4.2条把起升动载系数限定在起升载荷，第4.4条单独规定机械设计中的载荷、载荷情况与载荷组合，联轴器、减速器、卷筒的校核口径与钢结构并不相同。选型失效的根因常常不是没算，而是只算了额定扭矩。本文用一台 50t 主起升做算例，讲清额定扭矩、峰值扭矩、等效扭矩三个值的取值来源。

联轴器传递扭矩校核要分清的三个工况

同一台起重机，联轴器在不同工况下的扭矩差 3倍以上。起升离地加速段，电机在过载区工作，瞬时扭矩可达额定值的 2.3~2.8倍；稳定吊运段，扭矩由静阻力矩决定；紧急制动与下降制动切换时扭矩反向，制动器侧成为主导。

对应到校核动作就是三个互不替代的判据，混成一个笼统的计算扭矩，是选型偏小的主要来源。

• 过载（峰值）工况：起升离地、频繁点动、堵转边缘，取电机最大转矩与制动器制动力矩中的较大者。
• 疲劳（等效）工况：满载与轻载长期混合，取值必须按载荷谱折算，不能取最大值。
• 构造（装配）工况：轴孔配合、键连接与对中附加力，属结构校核，不参与扭矩计算。

算例按跨度 22.5m、起升高度 12m、工作级别A6级的 QD 型双梁桥式起重机主起升展开：YZR 型电机 45kW、750r/min，传动比 112，滑轮组倍率 4，起升速度 4.5m/min。

额定扭矩怎么算：从卷筒反算到电机轴

额定扭矩有两条算路。电机端 T_N = 9550 × P / n；负载端用起升载荷乘卷筒半径得卷筒扭矩，再除以传动比与效率折回电机轴。两条算路应当吻合，偏差超过 10% 说明负载、速度、传动比中至少一个取值不对，各类型号与公称转矩系列的对应关系见起重机联轴器类型、技术参数与选型计算指南。

本例起升载荷 51.2t，由 50t 额定起重量与 1.2t 吊钩组相加得到，折合 501.8 kN；滑轮组倍率 4、效率 0.96，钢丝绳静张力 S = 501.8 / (4 × 0.96) = 130.7 kN；卷筒计算直径 0.85m、半径 425mm，卷筒扭矩 T_drum = 130.7 × 0.425 = 55.5 kN·m。

卷筒转速 6.74r/min、功率 39.2kW；按减速器效率 0.96、联轴器与轴承损失 0.99 折算，需要电机功率 41.2kW，取 45kW。传动比 111.3 取标准值 112，折算到电机轴的静扭矩 T = 55500 / (112 × 0.96) = 516 N·m；电机额定扭矩 T_N = 9550 × 45 / 750 = 573 N·m，余量 11%。

峰值扭矩怎么取：电机最大转矩与制动器转矩对比

峰值扭矩取两个来源中的较大值。一是电机过载能力：YZR 型起重冶金电机的最大转矩与额定转矩之比有保证值，功率不大于 5.5kW 取 2.3，5.5kW 至 11kW 取 2.5，大于 11kW 取 2.8。本例 45kW 取 2.8，T_peak = 2.8 × 573 = 1604 N·m。

二是制动器。起升机构制动力矩按 Mz ≥ k × M 校核，k 一般工况取 1.50，重要起升机构取 1.75，本例 Mz = 1.75 × 516 = 910 N·m。JB/ZQ 4383-86 规定，配有制动器的传动系统当制动器理论转矩超过动力机理论转矩时，应按制动器转矩选联轴器，本例 910 N·m 大于电机额定扭矩 573 N·m，这条口径不能省。

取大者后峰值由电机过载能力控制。根据 GB/T 26103.1-2010 的 GⅡCL 型参数表，GⅡCL4 的公称转矩为 1.6kN·m，峰值 1604 N·m 比它高 4 N·m，把公称转矩直接当许用峰值用，就必须跳到 GⅡCL5（2.8kN·m）。

这套判据有适用范围。它针对以公称转矩作为许用值的齿式、弹性柱销、梅花形联轴器；带限矩功能的冶金起重机起升机构安全联轴器选型校核的是脱开扭矩，按 1.5~2.0 倍计算扭矩取值，不能用本文的峰值口径。变频驱动机构的电机峰值还受变频器过载能力限制，起重专用变频器多为 150% 额定电流持续 60 s、200% 持续 3 s，工频直接起动才按 2.8 倍最大转矩取值。

制动侧另有独立口径。制动器力矩取值偏大或制动器调整不当，会先出现下滑量超标，起升机构制动下滑量超标的排查与联调是配套动作。

每小时起动多少次要乘 1.3：起动系数与温度修正

计算扭矩 Tc = K × T 中的 K 不是笼统的经验数字。JB/ZQ 4383-86 与 JB/T 7511-94 把它拆成动力机系数、工况系数、起动系数、温度系数等分项，电动机或透平的动力机系数取 1.0。

起动系数 Kz 与每小时起动次数挂钩：不大于 120 次取 1.0，120 至 240 次取 1.3，超过 240 次由制造厂确定。本例日均 300 次起升、两班 16 小时，Z 约 19 次，Kz 取 1.0，峰值 1604 N·m 对 GⅡCL5 的公称转矩 2800 N·m 仍有 75% 余量。

同一台设备用于装配车间频繁点动，Z 升到 180 次，Kz 变为 1.3，峰值变为 2086 N·m，余量从 75% 降到 34%。温度系数用于橡胶弹性元件，环境温度超过 40℃ 或存在辐射热时弹性体强度下降，取值必须大于 1。

等效扭矩怎么算：载荷谱系数为什么不能直接乘

疲劳校核既不能用峰值扭矩，也不能用额定扭矩。GB/T 3811-2008 定义的载荷谱系数 k_p = Σ(n_i / n_T × (P_i / P_max)³)，即各级载荷与最大载荷之比的三次方按循环次数加权，A6 级常用的载荷状态 Q3 取 k_p = 0.5。

换算关键是开方：T_eq = T_max × k_p^(1/3)，不是 k_p × T_max。本例 0.5^(1/3) = 0.794，T_eq = 0.794 × 516 = 413 N·m；按 k_p × T_max 只有 258 N·m，把等效扭矩低估 60%。

循环次数由利用等级 U0 至 U9 确定，跨度从 1.6 × 10⁴ 次到超过 4 × 10⁶ 次。S-N 曲线斜率 m 取 3 的区段上，循环次数增大 10 倍，许用应力幅降至 0.464，下降 54%。

现场反算与常见错误：断齿换同型号为什么还会坏

某钢厂 MG 型双梁门式起重机主起升（M7级、日均 320 次）2024 年检修发现第二级鼓形齿式联轴器齿面胶合、两齿断齿。原始选型为 GⅡCL3，公称转矩 1000 N·m，按本文方法算出的峰值 1604 N·m 高出 60%。拆检发现润滑脂已干涸，实际加注周期 11 个月，样本要求 3 个月。处置：换 GⅡCL5（2.8 kN·m），加注周期压到 2 个月，6 个月后复检齿面接触均匀，未再断齿。

用钳形电流表反算扭矩只能做趋势判断。某台电机额定电流 78 A、空载电流约 30 A，实测 62 A，负载分量 (62 − 30) / (78 − 30) = 67%，反算扭矩约 384 N·m。这个数字只反映当时的输出，不能判断选型是否偏小，判据是峰值扭矩与公称转矩的关系。

四条常见错误与正确做法对照：

• 错误做法：按电机额定扭矩选型。正确做法：按最大转矩倍数校核峰值，本例 2.8 倍使计算值从 860 N·m 抬到 1604 N·m。
• 错误做法：把 k_p 直接当扭矩折减系数。正确做法：取三次方根，两者相差 60%。
• 错误做法：断齿后照原型号更换。正确做法：先查峰值余量、润滑周期与对中，本例干涸的润滑脂是真凶之一，对中偏差的测量方法见起重机联轴器对中偏差的百分表测量方法。
• 错误做法：只校核公称转矩。正确做法：GⅡCL5 轴孔 40~75mm、许用转速 4000r/min，两侧轴径与转速都要落在范围内。

校核依据：参考文献 [1] GB/T 3811-2008《起重机设计规范》第4.2条、第4.4条、第6.2条；[2] GB/T 26103.1-2010《GⅡCL型鼓形齿式联轴器》；[3] JB/ZQ 4383-86《联轴器的载荷分类及工作情况系数》；[4] GB/T 6067.1-2010；[5] JB/T 7511-94 联轴器选用系数。

常见问题解答