鼓形齒聯(lián)軸器鼓形齒設計方法的研究

發(fā)布時間：2019-05-14

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

鼓形齒聯(lián)軸器較早應用于20世紀40年代，因其傳動性能，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80年代中期才開始鼓形齒聯(lián)軸器的研制工作，經過引進消化技術，現(xiàn)已基本具備鼓形齒聯(lián)軸器的生產技術，但產品主要技術指標，如傳遞扭矩、工作壽命等與依然有較大差距，導致大部分使用者仍依賴產品。

作為鼓形齒聯(lián)軸器的核心設計內容，鼓形齒對傳動性能的影響還有待進一步研究。目前，鼓形齒的設計及強度校核方法還不完善，也沒有統(tǒng)一標準。本文根據(jù)現(xiàn)有設計經驗，對鼓形齒聯(lián)軸器的設計方法和強度校核進行歸納總結，為鼓形齒聯(lián)軸器的設計提供借鑒，對鼓形齒聯(lián)軸器的推廣具有重要的意義。

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

鼓形齒聯(lián)軸器的運動是復雜的空問運動，在有軸問傾角的情況下，鼓形齒與內齒圈的相對運動可分為擺動和翻轉運動。這兩種運動在嚙合的半周期中經歷純擺動一復合運動一純翻轉一復合運動一純擺動的循環(huán)運動過程。

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，也可將鼓度曲線設計為兒段過渡平滑的圓弧，從而既可滿足強度要求，又可減少因側隙要求而減薄內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，鼓形齒與直齒內齒圈組成可移式聯(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，它與直齒內齒圈齒根圓直徑辦名義值相等，考慮到加工工藝控制，齒側定心時，兩齒輪直徑day和咖之問有較大問隙，工作時白動定心，有利于齒問載荷的分布。當聯(lián)軸器具有較大的附加徑向載荷時，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，內外齒輪變位系數(shù)大小相等，方向相同，一般取℃的范圍為0.3~0.5，有利于提高齒根強度，同時也能避免齒數(shù)較少時，內齒圈因插齒出現(xiàn)頂切現(xiàn)象。

偏轉角。是鼓形齒聯(lián)軸器設計較重要的參數(shù)之一，偏轉角的大小影響鼓形齒的幾何參數(shù)設計和承載能力指標偏轉角許用值與具體使用場合有關，一般在0.5°~2.5°范圍內酌情選取。

鼓形齒聯(lián)接的齒側間隙應不受齒輪加工、裝配的影響，還應軸間存在傾角時，輪齒翻轉運動所需的空間。

鼓形齒聯(lián)軸器設計要點

由于鼓形齒聯(lián)軸器常用于存在軸問傾角的傳動聯(lián)接中，工況復雜且體積小，傳遞扭矩較大，設計時要盡可能滿足如下原則。

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

2)將鼓形齒聯(lián)軸器的不平衡度減至較低限度，盡量做到結構對稱；

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

鼓形齒在與直齒內齒圈嚙合時，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與內齒圈發(fā)生齒廓干涉，因此要對輪齒進行修形。主要方法有兩種：一是對鼓形齒齒頂進行倒角修緣；二是在對鼓形齒齒頂修緣的基礎上，對內齒圈清根，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，需對輪齒端面棱邊倒鈍，同時沿齒寬方向對輪齒進行修整，修整長度l=3~5mm，6=0.1~0.2mm。由于工藝成本的限制，對于鼓形齒聯(lián)軸器內外齒輪，一般選用42CrMo或40CrNiMo等，采用調質處理，調質硬度HB260~300較為合理。為延長聯(lián)軸器的使用壽命，可對齒面進行淬火或滲氮。