鼓型滾柱式聯(lián)軸器設(shè)計與應(yīng)用

1.1聯(lián)軸器的分類剛性聯(lián)軸器：結(jié)構(gòu)簡單，無補償性能，不能緩沖減振，對兩軸安裝精度要求較高。用于振動很小的工況。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。具體選擇時可考慮以下幾點：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，當安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴格對中，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、維護和成本。1.2.2聯(lián)軸器的應(yīng)用聯(lián)軸器在冶金機械，重型、礦山機械，起重、運輸機械等傳動中都有廣泛的應(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)軸器的特點齒式聯(lián)軸器較大的特點是：結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，使用范圍廣，，具有補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轉(zhuǎn)的水平傳動聯(lián)接。為了補償兩軸相對位移，內(nèi)、外齒輪的嚙合較普通齒輪傳動具有較大的側(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（稱角向位移）來補償兩傳動軸線的相對偏移。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)軸器有傳動能力大、角位移大、傳動平穩(wěn)、壽命長等優(yōu)點。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3.1鼓型滾柱式聯(lián)軸器綜合齒式聯(lián)軸器的優(yōu)點，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，在不改變齒式聯(lián)軸器設(shè)計優(yōu)點的同時出一種結(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)點結(jié)合到一起，排除這兩種聯(lián)軸器的缺點，將會出現(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償兩傳動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遠低于內(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。這樣便可實現(xiàn)當鼓型滾柱達到磨損及限后，內(nèi)、外齒圈套仍可繼續(xù)使用。該鼓型滾柱式聯(lián)軸器的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，承載力大，使用的范圍廣，具有補償兩軸相位移的能力且制造簡單，適用于重載下或高速運動的水平傳動軸的聯(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，使齒面硬度達到HRC38~43或高一些。4鼓型滾柱式聯(lián)軸器的計算4.1聯(lián)軸器的強度計算4.1.1輪齒的強度計算鼓型滾柱式聯(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速度和潤滑狀態(tài)有關(guān)。因此要準確計算鼓型滾柱式聯(lián)軸器中輪齒的強度比較困難。一般按下式進行計算：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齒面滑動速度齒面滑動速度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.動平衡按相應(yīng)等級精度國標制定5鼓型滾柱式聯(lián)軸器的生產(chǎn)設(shè)計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和插齒機，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，同時又為使用單位節(jié)省了備件費用。