鼓形齒聯(lián)軸器齒形及齒面接觸特性研究

發(fā)布時(shí)間：2019-05-18

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、彈性變形及基礎(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)及運(yùn)行。鼓形齒聯(lián)軸器主要由2個(gè)鼓形齒軸套和2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)件之間的軸間傾角；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)軸器較早應(yīng)用于20世紀(jì)40年代，因其傳動(dòng)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(jì)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(jìn)、消化吸收技術(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)，如傳遞扭矩及工作壽命等依然與有較大差距，導(dǎo)致大部分用戶仍依賴產(chǎn)品。

關(guān)于鼓形齒聯(lián)軸器的幾何計(jì)算、強(qiáng)度校核及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已做了詳盡的介紹，近年來對(duì)鼓形齒齒形和接觸特性的研究也日益增多。對(duì)非對(duì)中狀態(tài)下的鼓形齒聯(lián)軸器接觸應(yīng)力進(jìn)行了有限元分析；朱文文等人團(tuán)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(duì)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(dòng)態(tài)特性，從齒輪嚙合原理出發(fā)，由刀具推導(dǎo)了鼓形齒齒面方程，采用解析法分別對(duì)鼓形齒齒形和齒面曲率展開研究；并采用有限元法對(duì)不同鼓度的鼓形齒接觸特性進(jìn)行研究，分析鼓度圓半徑對(duì)輪齒接觸特性的影響，然后結(jié)合鼓形齒聯(lián)軸器的工作特點(diǎn)，對(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

鼓形齒可認(rèn)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(shí)，齒條類刀具不但與鼓形齒毛坯沿圓周方向做展成運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在齒寬方向沿走刀圓弧作軸向移動(dòng)。

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(duì)中嚙合，嚙合齒面之間不存在相對(duì)滑動(dòng)；當(dāng)聯(lián)接軸間存在傾角時(shí)，鼓形齒與內(nèi)齒圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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。為了研究鼓形齒的接觸特性，分別以對(duì)中狀態(tài)及存在軸間傾角的非對(duì)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(duì)鼓形齒齒形及接觸特性進(jìn)行了研究，以下結(jié)論：

(1)鼓形齒在齒高方向與直齒內(nèi)齒圈存在齒廓干涉，導(dǎo)致鼓形齒齒頂和齒根出現(xiàn)應(yīng)力集中，因此需對(duì)內(nèi)外輪齒進(jìn)行修形；

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

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

(4)在不對(duì)中情況下，隨著鼓形齒與內(nèi)齒圈輪齒之間的相對(duì)滑動(dòng)，接觸區(qū)出現(xiàn)偏移，在整個(gè)回轉(zhuǎn)周期內(nèi)，齒面接觸應(yīng)力變化不大，但在純擺動(dòng)位置鼓形齒根部出現(xiàn)較大的接觸應(yīng)力，因此要對(duì)內(nèi)齒圈齒頂進(jìn)行適當(dāng)修形并嚴(yán)格控制軸間傾角，避免應(yīng)力集中。