礦用鼓形齒聯軸器設計的研究

 鼓形齒聯軸器主要由2個鼓形齒軸套和2個直齒內齒圈等零部件組成。鼓形齒軸套與內齒圈組成可移式聯接，從而允許被聯接軸或回轉件之間有一 定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接，或直接采用鉸制孔螺栓聯接。鼓形齒聯軸器因其體積小、傳遞轉矩大且可 靠性高等特點，而廣泛應用于礦山、冶金等行業。鼓形齒聯軸器兩內齒圈之間或內齒圈與傳動筒體之間的聯接一般采用鉸制孔螺栓聯接，其強度計算可參照相關技術資料。為避免因預緊力過大，影響載荷傳遞，同時為保 證螺栓受載均勻，須對螺栓預緊力進行嚴格控制，同時應注意螺紋防松。結構設計中，為便于添加潤滑脂，建議在內齒圈附近圓周方向設置注油孔；外齒軸套與聯接軸一般為鍵連接，為防止松動，建議在外齒軸套上設置緊定螺釘，或在外齒軸套端面設置擋板，防止鍵脫落。基于加工需要，內齒圈聯接法蘭孔應避免與內齒圈外徑的干涉。

分度圓直徑

鼓形齒的分度圓直徑決定聯軸器的傳遞能力，目前確定分度圓直徑主要有兩種方法：①根據齒輪接觸疲勞強度進行尺寸預估；②根據已有聯軸器結構尺寸采用類比法確定。對于傳遞一 定轉矩的鼓形齒聯軸器而言，其分度圓直徑可對比相關標準或前述方法確定；若已知分度圓直徑，齒數和模數的選擇應隨著工況的不同而有所差異的前提下，選用較小的模數，以利于更緊湊的結構，提高減振能力，變加運行的平穩性和可 靠性；對于工況惡劣的場合，建議采用較大模數，變大齒根厚度，提高抗沖擊能力，但這種情況下，有 效齒寬不應超過齒根厚度的4倍。為便于生產制造應盡量采用標準模數系列的系列。較少齒數的選擇主要從內齒套的加工方面考慮，為避免頂切和根切，通常為加工測量方便選擇z≥28，一般采用偶數參數。較大齒數往往受許用偏轉角及齒輪強度的影響(齒寬與模數的比值不能太大，沖擊過載能力將因齒數的變多而趨于下降，日本服部寬二先生推薦齒數以30～70為宜。

壓力角和偏轉角

分度圓壓力角對輪齒曲率、齒根和齒頂厚度及法線方向均有影響，對嚙合時的誘導法曲率、齒面作用力及輪齒接觸應力和彎曲應力均有影響。變大壓力角，齒根厚度變加，彎曲強度提高[5]。目前鼓形齒聯軸器考慮到加工的方便，我國主要采用20°壓力角，其優點就是可采用常規壓力角的齒輪刀 具進行加工。但為了提高彎曲強度和過載能力，也可采用25°等較大壓力角，如某公司系列齒式聯軸器則采用28°壓力角。偏轉角是鼓形齒聯軸器設計較重要的參數之一，偏轉角的大小影響鼓形齒的幾何參數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。雖然鼓形齒聯軸器在許用偏轉角的范圍內工作，但是偏轉角過大，會使聯軸器嚙合齒數減少，傳遞能力下降，從而導致磨損加劇，影響可 靠性和工作壽命。因此，實際安裝應用過程中，要求盡可能地提高兩聯接軸的對中精度，減小安裝誤差。安裝精度越高，聯軸器的承載能力越強，使用壽命越長。不能認為鼓形齒聯軸器允許有一 定的軸線偏斜，就可將要求降低，隨意安裝。

定心方式及公差

鼓形齒聯軸器輪齒定心方式主要有外徑定心和齒側定心兩種，外徑定心是以外齒軸套齒頂圓直徑定心，它與齒圈的內齒齒根圓公稱直徑相等，并做成半徑Sra1=da1/2的球面。直徑之間的配合一般采用F9/h8或F8/h7；齒側定心時，直徑da1和df2之間有較大間隙，外齒軸套的齒頂圓可以是球面，也可以是圓柱。齒側定心的優點就是具有自動定心的作用，有利于齒間載荷分布。當聯軸器具有較大的附加徑向載荷時，一般采用外徑(內徑)定心。

內齒圈及傳動筒體壁厚

內齒圈壁厚不但影響傳動能力，同時受載產生的彈性變形會對齒面的載荷分布產生很大的影響，因此，要合理確定內齒圈壁厚。在滿足傳遞載荷的前提下，為較好的動態特性，內齒圈壁厚應盡可能小，進而變加齒圈的柔性，消 除鼓形齒加工誤差對齒間及齒面載荷分配的影響，使輪齒參與嚙合，提高聯軸器的承載能力和可 靠性。目前內齒圈壁厚可根據材料力學進行確定，也可采用有限元計算、試驗及使用經驗綜合確定。對于帶中間傳動筒體的聯軸器，其聯接筒體在滿足傳遞載荷的前提下，要盡可能地減輕質量。對內齒圈及傳動筒體進行結構有限元分析，較大綜合應力建議控制在85～120MPa左右。

材料、熱處理及潤滑材料是鼓形齒聯軸器傳遞載荷的基礎，選擇合適的材料不但可以滿足傳遞要求，還能降低生產成本。由于加工設備、工藝和成本的限 制，在選材上存在一 定的局限性。鼓形齒聯軸器內外齒輪材質通常選用42CrMo或40CrNiMo，調質硬度260～300HB為宜。由于42CrMo具有良好的力學性能，一般場合無需采用價 格較高的40CrNiMo。為延長聯軸器的使用壽命，可對齒面進行淬火或滲氮，由于齒面滲氮變形小且能明顯提高輪齒的耐 磨 性，因此中小型規格使用較多。在鼓形齒聯軸器工作過程中，輪齒之間偏轉角會導致相對滑動，若潤滑油黏度及表面粗糙度控制不好，會使輪齒處于邊界潤滑或混合潤滑狀態，引起嚴重的磨損。因此，可采用降低齒面粗糙度，變大潤滑油黏度的方法避免齒面磨損。潤滑油黏度的變加有利于齒面油膜的形成；在低速重載場合，采用含及壓添加劑的齒輪潤滑油可提高其使用壽命。對于大型聯軸器，當運動黏度<150mm2/s時，齒面不易形成完 全潤滑油膜，當黏度變加到460mm2/s時，可使齒面潤滑接近于彈流狀態；