鼓形齒聯(lián)軸器鼓形齒設(shè)計(jì)方法的研究

發(fā)布時(shí)間：2019-05-14

鼓形齒聯(lián)軸器是廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、軋鋼等的關(guān)鍵基礎(chǔ)件之一。其主要特點(diǎn)是可以補(bǔ)償兩聯(lián)接軸因安裝、彈性變形、基礎(chǔ)沉降等，造成軸線不重合而形成的角度、軸向、徑向及綜合誤差，從而設(shè)備的正常、平穩(wěn)、運(yùn)行。

鼓形齒聯(lián)軸器較早應(yīng)用于20世紀(jì)40年代，因其傳動(dòng)性能，在德國、美國、前蘇聯(lián)及日本的發(fā)展。我國起步較晚，20世紀(jì)80年代中期才開始鼓形齒聯(lián)軸器的研制工作，經(jīng)過引進(jìn)消化技術(shù)，現(xiàn)已基本具備鼓形齒聯(lián)軸器的生產(chǎn)技術(shù)，但產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)，如傳遞扭矩、工作壽命等與依然有較大差距，導(dǎo)致大部分使用者仍依賴產(chǎn)品。

作為鼓形齒聯(lián)軸器的核心設(shè)計(jì)內(nèi)容，鼓形齒對(duì)傳動(dòng)性能的影響還有待進(jìn)一步研究。目前，鼓形齒的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核方法還不完善，也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)方法和強(qiáng)度校核進(jìn)行歸納總結(jié)，為鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)提供借鑒，對(duì)鼓形齒聯(lián)軸器的推廣具有重要的意義。

鼓形齒聯(lián)軸器主要由兩個(gè)鼓形齒軸套和兩個(gè)直齒內(nèi)齒圈等組成。鼓形齒軸套與內(nèi)齒圈組成可移式聯(lián)接，從而允許被聯(lián)接軸或回轉(zhuǎn)件之問的徑向位移和軸向夾角；兩內(nèi)齒圈通過傳動(dòng)筒體或傳動(dòng)軸聯(lián)接，或直接采用鉸制孔螺栓聯(lián)接。

鼓形齒聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的空問運(yùn)動(dòng)，在有軸問傾角的情況下，鼓形齒與內(nèi)齒圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可分為擺動(dòng)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)在嚙合的半周期中經(jīng)歷純擺動(dòng)一復(fù)合運(yùn)動(dòng)一純翻轉(zhuǎn)一復(fù)合運(yùn)動(dòng)一純擺動(dòng)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)過程。

鼓形齒常見的加工方法是利用盤銑刀或齒輪滾刀沿半徑為R0的鼓度曲線加工獲得，也可將鼓度曲線設(shè)計(jì)為兒段過渡平滑的圓弧，從而既可滿足強(qiáng)度要求，又可減少因側(cè)隙要求而減薄內(nèi)外齒齒厚齒輪中心與刀具中心連線形成的一系列鼓形齒截面具有相同的漸開線齒廓。根據(jù)鼓形齒加工原理，編制程序，模擬加工的鼓形齒。鼓形齒呈鼓形，中問厚兩端薄，能避免齒端棱邊接觸。

工作時(shí)，鼓形齒與直齒內(nèi)齒圈組成可移式聯(lián)接，該聯(lián)接的定心方式有外徑定心和齒側(cè)定心兩種。外徑定心是指以鼓形齒齒頂圓直徑day定心，它與直齒內(nèi)齒圈齒根圓直徑辦名義值相等，考慮到加工工藝控制，齒側(cè)定心時(shí)，兩齒輪直徑day和咖之問有較大問隙，工作時(shí)白動(dòng)定心，有利于齒問載荷的分布。當(dāng)聯(lián)軸器具有較大的附加徑向載荷時(shí)，一般采用外徑定心。鼓形齒齒形角一般在20°~30°之問，常取20°，可以采用變位和非變位嚙合。采用變位嚙合時(shí)，內(nèi)外齒輪變位系數(shù)大小相等，方向相同，一般取℃的范圍為0.3~0.5，有利于提高齒根強(qiáng)度，同時(shí)也能避免齒數(shù)較少時(shí)，內(nèi)齒圈因插齒出現(xiàn)頂切現(xiàn)象。

偏轉(zhuǎn)角。是鼓形齒聯(lián)軸器設(shè)計(jì)較重要的參數(shù)之一，偏轉(zhuǎn)角的大小影響鼓形齒的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)和承載能力指標(biāo)偏轉(zhuǎn)角許用值與具體使用場(chǎng)合有關(guān)，一般在0.5°~2.5°范圍內(nèi)酌情選取。

鼓形齒聯(lián)接的齒側(cè)間隙應(yīng)不受齒輪加工、裝配的影響，還應(yīng)軸間存在傾角時(shí)，輪齒翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需的空間。

鼓形齒聯(lián)軸器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于鼓形齒聯(lián)軸器常用于存在軸問傾角的傳動(dòng)聯(lián)接中，工況復(fù)雜且體積小，傳遞扭矩較大，設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能滿足如下原則。

1)減輕鼓形齒聯(lián)軸器重量，進(jìn)而減輕軸承端懸掛力矩，提高傳動(dòng)系統(tǒng)橫向固有頻率，增大橫向臨界轉(zhuǎn)速；

2)將鼓形齒聯(lián)軸器的不平衡度減至較低限度，盡量做到結(jié)構(gòu)對(duì)稱；

3)在系統(tǒng)不發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振的前提下，降低鼓形齒聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度。

鼓形齒在與直齒內(nèi)齒圈嚙合時(shí)，由于軸問傾角及輪齒彈性變形的影響，在鼓形齒輪齒根部會(huì)與內(nèi)齒圈發(fā)生齒廓干涉，因此要對(duì)輪齒進(jìn)行修形。主要方法有兩種：一是對(duì)鼓形齒齒頂進(jìn)行倒角修緣；二是在對(duì)鼓形齒齒頂修緣的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)齒圈清根，齒根過渡圓角。鼓形齒修緣量與一般齒輪不同，修緣高度和齒厚，其控制原則是避免與內(nèi)齒圈齒根在工作過程中發(fā)生干涉，修緣高度he=0.2~0.3m，倒角角度一般可取35°、45°、50°、60°等。另外，為避免輪齒發(fā)生邊緣接觸，齒面載荷分布，需對(duì)輪齒端面棱邊倒鈍，同時(shí)沿齒寬方向?qū)嘄X進(jìn)行修整，修整長(zhǎng)度l=3~5mm，6=0.1~0.2mm。由于工藝成本的限制，對(duì)于鼓形齒聯(lián)軸器內(nèi)外齒輪，一般選用42CrMo或40CrNiMo等，采用調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度HB260~300較為合理。為延長(zhǎng)聯(lián)軸器的使用壽命，可對(duì)齒面進(jìn)行淬火或滲氮。