鼓型滾柱式聯(lián)軸器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1.1聯(lián)軸器的分類剛性聯(lián)軸器：結(jié)構(gòu)簡單，無補(bǔ)償性能，不能緩沖減振，對兩軸安裝精度要求較高。用于振動(dòng)很小的工況。聯(lián)結(jié)高速和剛性不大的且對中性較高的兩軸。無彈性元件撓性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器：非金屬元件撓性聯(lián)軸器金屬元件撓性聯(lián)軸器1.2聯(lián)軸器的選擇1.2.1根據(jù)以上分類，應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件來確定聯(lián)軸器。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：a.需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對減振和緩沖方面的要求；b.軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力的大小，對于高速傳動(dòng)軸應(yīng)選用平衡的聯(lián)軸器。如：膜片聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器等；c.兩軸相對位移的大小和方向，當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格對中，應(yīng)選用平衡度高的聯(lián)軸器；d.聯(lián)軸器和工作環(huán)境；e.聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。1.2.2聯(lián)軸器的應(yīng)用聯(lián)軸器在冶金機(jī)械，重型、礦山機(jī)械，起重、運(yùn)輸機(jī)械等傳動(dòng)中都有廣泛的應(yīng)用。。首鋼使用的聯(lián)軸器主要是齒式聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器是可移式剛性聯(lián)軸器中用處較廣泛的一種，它是利用內(nèi)、外齒嚙合以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接。2齒式和鼓齒式聯(lián)軸器的特點(diǎn)齒式聯(lián)軸器較大的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，使用范圍廣，，具有補(bǔ)償兩軸相對位移的能力，但制造困難，適用于重載下工作或高速運(yùn)轉(zhuǎn)的水平傳動(dòng)聯(lián)接。為了補(bǔ)償兩軸相對位移，內(nèi)、外齒輪的嚙合較普通齒輪傳動(dòng)具有較大的側(cè)隙。此外，還將外齒輪的齒頂制成半徑為Ra的球面，稱為鼓形齒式聯(lián)軸器。鼓形齒式聯(lián)軸器通過鼓形外齒套和直齒的內(nèi)齒圈的軸線擺動(dòng)（稱角向位移）來補(bǔ)償兩傳動(dòng)軸線的相對偏移。齒長方向的鼓度越大，其角向位移越大，有的可達(dá)6度。齒長方向的鼓度，使齒對接觸情況較好，改 善了嚙合面上壓力分布的均勻性，因此鼓形齒式聯(lián)軸器有傳動(dòng)能力大、角位移大、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但鼓形齒輪在加工難度，我單位現(xiàn)有非數(shù)控設(shè)備不能加工鼓形齒式聯(lián)軸器。3鼓型滾柱式聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)3.1鼓型滾柱式聯(lián)軸器綜合齒式聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)，參考彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，更換方便等優(yōu)點(diǎn)，在不改變齒式聯(lián)軸器設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)出一種結(jié)構(gòu)合理，加工相對簡單的聯(lián)軸器，把這兩種聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起，排除這兩種聯(lián)軸器的缺點(diǎn)，將會(huì)出現(xiàn)一種新型的聯(lián)軸器，經(jīng)過反復(fù)構(gòu)思，終于設(shè)計(jì)出鼓型滾柱式聯(lián)軸器。鼓型滾柱式聯(lián)軸器是利用在內(nèi)、外齒套之間用鼓型滾柱嚙合以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接，在該聯(lián)軸器中鼓型滾柱起著傳遞扭矩和補(bǔ)償兩傳動(dòng)軸之間的相對位移的作用。3.2鼓型滾柱式聯(lián)軸器的材料及性能要求鼓型滾柱要具有，但考慮鼓型滾柱制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于內(nèi)、外齒套制造，所以確定滾柱的硬度略低于內(nèi)、外齒套的表面硬度。這樣便可實(shí)現(xiàn)當(dāng)鼓型滾柱達(dá)到磨損及限后，內(nèi)、外齒圈套仍可繼續(xù)使用。該鼓型滾柱式聯(lián)軸器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，承載力大，使用的范圍廣，具有補(bǔ)償兩軸相位移的能力且制造簡單，適用于重載下或高速運(yùn)動(dòng)的水平傳動(dòng)軸的聯(lián)接。鼓型滾柱式聯(lián)軸器內(nèi)、外齒套的材料應(yīng)同轉(zhuǎn)速有關(guān)，對于v≤15m/s可用45、ZG310-570、40Gr、42Gr-Mo等經(jīng)熱處理，使內(nèi)齒套硬度≥248HB，外齒套硬度≥286HB。對在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的鼓型滾柱式聯(lián)軸器，應(yīng)采用合金鋼制造，輪齒齒面需經(jīng)表面淬火或氮化等化學(xué)熱處理，并相應(yīng)提高輪齒的制造精度和齒面粗糙度,其外齒套材料為42GrMo,經(jīng)氮化處理后硬度≥500HV,內(nèi)齒套材料為42GrMo,經(jīng)氮化處理后硬度≥650HV。為了提高鼓型滾柱式聯(lián)軸器的承載能力，延長使用壽命，即使對轉(zhuǎn)速不高的普通鼓型滾柱式聯(lián)軸器，也采用表面硬化處理，使齒面硬度達(dá)到HRC38~43或高一些。4鼓型滾柱式聯(lián)軸器的計(jì)算4.1聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算4.1.1輪齒的強(qiáng)度計(jì)算鼓型滾柱式聯(lián)軸器的承載能力既與材料和熱處理有關(guān)，也與兩軸相對位移的方向和位移量大小有關(guān)，而且還與嚙合齒面間隔的滑動(dòng)速度和潤滑狀態(tài)有關(guān)。因此要準(zhǔn)確計(jì)算鼓型滾柱式聯(lián)軸器中輪齒的強(qiáng)度比較困難。一般按下式進(jìn)行計(jì)算：Tc=K1k2T≤[T]N.m[T]———聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩N.mT———聯(lián)軸器長期承受的理論轉(zhuǎn)矩N.mK1———傳動(dòng)程度系數(shù)K2———聯(lián)軸器工作條件系數(shù)（1）接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算σh=Tc/D≤[σh]N/mm[σh]———許用接觸應(yīng)力N/mm（2）剪切應(yīng)力按下式計(jì)算τ=8Tc/3.14Bd≤[τ]N/mm[τ]———材料許用剪應(yīng)應(yīng)力N/mm4.1.2齒面滑動(dòng)速度齒面滑動(dòng)速度V=DNtanΔδ/3000≤[V]=0.12m/sN———聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速r/minD———鼓型滾柱安裝直徑mmΔδ———聯(lián)軸器聯(lián)接兩軸角位移°聯(lián)軸器自動(dòng)定心的較小轉(zhuǎn)矩Tcmin≥menD/36000N.mmm———中間軸或內(nèi)齒套質(zhì)量kge-外齒套的相對偏心mm4.2聯(lián)軸器的主要尺寸關(guān)系及制造精度a.鼓型滾柱數(shù)量：Z=14-30b.鼓型滾柱寬度B=(0.15-0.2)D；c.鼓型滾柱半徑Rt=B/2sinθ鼓型角θ,其值應(yīng)滿足角位移需要；d.齒套與鼓型滾柱間隙Cn=0.00156D+δcδc：補(bǔ)償制造誤差側(cè)隙；e.齒套的精度和粗糙度Ra=0.4-3.2；f.動(dòng)平衡按相應(yīng)等級(jí)精度國標(biāo)制定5鼓型滾柱式聯(lián)軸器的生產(chǎn)設(shè)計(jì)制造后的鼓型滾柱式聯(lián)軸器同齒式聯(lián)軸器比較，在制做過程中不需要滾齒機(jī)和插齒機(jī)，降低了加工成本，安裝方便。經(jīng)過首鋼、包鋼、唐鋼、宣鋼、通鋼等多家鋼廠使用。該聯(lián)軸器運(yùn)轉(zhuǎn)周期長，使用效果好。能替代制造難度大加工成本高的齒式聯(lián)軸器，同時(shí)又為使用單位節(jié)省了備件費(fèi)用。