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鼓形齿联轴器齿形及齿面接触特性研究

发布时间:2019-05-18
鼓形齿联轴器是广泛应用于矿山、冶金、轧钢等领域的关键基础件之一。其主要特点是可以补偿两联接轴因安装、弹性变形及基础沉降等,造成轴线不重合而形成的角度、轴向、径向及综合误差,从而保证设备的正常、平稳及可靠运行。

鼓形齿联轴器是广泛应用于矿山、冶金、轧钢等领域的关键基础件之一。其主要特点是可以补偿两联接轴因安装、弹性变形及基础沉降等,造成轴线不重合而形成的角度、轴向、径向及综合误差,从而保证设备的正常、平稳及可靠运行。鼓形齿联轴器主要由2个鼓形齿轴套和2个直齿内齿圈等组成,鼓形齿轴套与内齿圈组成可移式联接,从而允许被联接轴或回转件之间一定的轴间倾角;两内齿圈通过传动筒体或传动轴联接,或直接采用铰制孔螺栓联接。

鼓形齿联轴器较早应用于20世纪40年代,因其传动性能而在德国、美国、前苏联及日本得到快速的发展。我国直到20世纪80年代中期才开始鼓形齿联轴器方面的研制工作,经过引进、消化吸收国外技术,现已基本具备鼓形齿联轴器的生产技术,但产品主要技术指标,如传递扭矩及工作寿命等依然与国外有较大差距,导致大部分用户仍依赖进口产品。

关于鼓形齿联轴器的几何计算、强度校核及结构设计,已做了详尽的介绍,近年来对鼓形齿齿形和接触特性的研究也日益增多。对非对中状态下的鼓形齿联轴器接触应力进行了有限元分析;朱文文等人团研究了两轴线平行工况下压力角、齿顶高系数和刀具位移圆半径对鼓形齿联轴器承载性能的影响。为提高鼓形齿联轴器承载能力,改善其动态特性,从齿轮啮合原理出发,由刀具推导了鼓形齿齿面方程,采用解析法分别对鼓形齿齿形和齿面曲率展开研究;并采用有限元法对不同鼓度的鼓形齿接触特性进行研究,分析鼓度圆半径对轮齿接触特性的影响,然后结合鼓形齿联轴器的工作特点,对存在轴间倾角的鼓形齿齿面接触展开研究,从而为鼓形齿联轴器的结构设计、参数优化提供理论依据。

鼓形齿可认为是由一系列变位系数沿走刀圆弧变化的渐开线变位齿轮切片叠加形成。因此,加工时,齿条类刀具不但与鼓形齿毛坯沿圆周方向做展成运动,同时在齿宽方向沿走刀圆弧作轴向移动。

在两联接轴不存在倾角的前提下,鼓形齿联轴器的啮合为对中啮合,啮合齿面之间不存在相对滑动;当联接轴间存在倾角时,鼓形齿与内齿圈之间的相对运动分为摆动和翻转运动。这两种运动在啮合的半周期中经历纯摆动一复合运动一纯翻转一复合运动一纯摆动的循环运动过程。为了全面研究鼓形齿的接触特性,分别以对中状态及存在轴间倾角的非对中状态下的鼓形齿接触特性展开研究。

采用解析法和有限元法分别对鼓形齿齿形及接触特性进行了研究,得到以下结论:

(1)鼓形齿在齿高方向与直齿内齿圈存在齿廓干涉,导致鼓形齿齿顶和齿根出现应力集中,因此需对内外轮齿进行修形;

(2)在对中情况下,接触印痕分布在齿宽中部,齿面综合压应力和接触应力随着鼓度圆半径R。的增加而逐渐减小;

(3)当鼓度圆半径Ro>600mm时,鼓形齿齿根综合应力和节圆压应力变化不大,应力值趋于平缓,验证了鼓度圆半径一般取Ro=0.9d的合理性;

(4)在不对中情况下,随着鼓形齿与内齿圈轮齿之间的相对滑动,接触区出现偏移,在整个回转周期内,齿面接触应力变化不大,但在纯摆动位置鼓形齿根部出现较大的接触应力,因此要对内齿圈齿顶进行适当修形并严格控制轴间倾角,避免应力集中。


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