鼓形齒聯(lián)軸器齒形及齒面接觸特性研究

發(fā)布時間：2019-05-18

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、彈性變形及基礎沉降等，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)及運行。鼓形齒聯(lián)軸器主要由2個鼓形齒軸套和2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)接軸或回轉件之間的軸間傾角；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)軸器較早應用于20世紀40年代，因其傳動性能而在德國、美國、前蘇聯(lián)及日本的發(fā)展。我國直到20世紀80年代中期才開始鼓形齒聯(lián)軸器方面的研制工作，經(jīng)過引進、消化吸收技術，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，如傳遞扭矩及工作壽命等依然與有較大差距，導致大部分用戶仍依賴產品。

關于鼓形齒聯(lián)軸器的幾何計算、強度校核及結構設計，已做了詳盡的介紹，近年來對鼓形齒齒形和接觸特性的研究也日益增多。對非對中狀態(tài)下的鼓形齒聯(lián)軸器接觸應力進行了有限元分析；朱文文等人團研究了兩軸線平行工況下壓力角、齒頂高系數(shù)和刀具位移圓半徑對鼓形齒聯(lián)軸器承載性能的影響。為提高鼓形齒聯(lián)軸器承載能力，其動態(tài)特性，從齒輪嚙合原理出發(fā)，由刀具推導了鼓形齒齒面方程，采用解析法分別對鼓形齒齒形和齒面曲率展開研究；并采用有限元法對不同鼓度的鼓形齒接觸特性進行研究，分析鼓度圓半徑對輪齒接觸特性的影響，然后結合鼓形齒聯(lián)軸器的工作特點，對存在軸間傾角的鼓形齒齒面接觸展開研究，從而為鼓形齒聯(lián)軸器的結構設計、參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

鼓形齒可認為是由一系列變位系數(shù)沿走刀圓弧變化的漸開線變位齒輪切片疊加形成。因此，加工時，齒條類刀具不但與鼓形齒毛坯沿圓周方向做展成運動，同時在齒寬方向沿走刀圓弧作軸向移動。

在兩聯(lián)接軸不存在傾角的前提下，鼓形齒聯(lián)軸器的嚙合為對中嚙合，嚙合齒面之間不存在相對滑動；當聯(lián)接軸間存在傾角時，鼓形齒與內齒圈之間的相對運動分為擺動和翻轉運動。這兩種運動在嚙合的半周期中經(jīng)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。為了研究鼓形齒的接觸特性，分別以對中狀態(tài)及存在軸間傾角的非對中狀態(tài)下的鼓形齒接觸特性展開研究。

采用解析法和有限元法分別對鼓形齒齒形及接觸特性進行了研究，以下結論：

(1)鼓形齒在齒高方向與直齒內齒圈存在齒廓干涉，導致鼓形齒齒頂和齒根出現(xiàn)應力集中，因此需對內外輪齒進行修形；

(2)在對中情況下，接觸印痕分布在齒寬中部，齒面綜合壓應力和接觸應力隨著鼓度圓半徑R。的增加而逐漸減小；

(3)當鼓度圓半徑Ro＞600mm時，鼓形齒齒根綜合應力和節(jié)圓壓應力變化不大，應力值趨于平緩，驗證了鼓度圓半徑一般取Ro=0.9d的合理性；

(4)在不對中情況下，隨著鼓形齒與內齒圈輪齒之間的相對滑動，接觸區(qū)出現(xiàn)偏移，在整個回轉周期內，齒面接觸應力變化不大，但在純擺動位置鼓形齒根部出現(xiàn)較大的接觸應力，因此要對內齒圈齒頂進行適當修形并嚴格控制軸間傾角，避免應力集中。