端曲面齒聯(lián)軸器的創(chuàng)成原理及設計

   根據聯(lián)軸器工作原理，結合空間坐標變換理論、共軛曲面求解理論及正交非圓面齒輪副傳動原理，提出端曲面齒聯(lián)軸器這一新的結構形式，建立端曲面齒聯(lián)軸器求解的共軛坐標系，推導端曲面齒聯(lián)軸器的端曲面參數(shù)方程，生成端曲面；結合端曲面齒齒盤的幾何參數(shù)設計理論，采用“共軛截線投影法”新型齒面生成方法，通過軟件對端曲面齒齒面進行幾何求解，獲得端曲面齒聯(lián)軸器的連接齒面及十字軸式端曲面齒萬向聯(lián)軸器的三維實體模型；將端曲面齒聯(lián)軸器應用于冶金等工程設備中，驗證端曲面齒聯(lián)軸器幾何設計方法的正確性和在工程應用中的可行性。端面齒聯(lián)軸器是用來連接兩軸或軸與回轉體，傳遞轉矩和運動的一類聯(lián)軸器。一般的端面齒聯(lián)軸器由2個端齒盤共同組成，端齒盤是指在與聯(lián)軸器軸線垂直的平面上，輪齒沿圓周均勻分布的齒形聯(lián)接元件。端面齒聯(lián)軸器在大功率動力裝置中應用廣泛，如大功率鐵路機車、大功率離心式壓縮機、大型柴油發(fā)動機的曲軸、航空和工業(yè)用燃氣輪機或蒸汽輪機的渦輪轉子和壓縮機轉子等設備。端面齒聯(lián)軸器較早提出，按照輪齒結構分為弧齒及直齒2種形式。對于弧齒端面齒聯(lián)軸器，介紹了弧齒端齒聯(lián)軸器幾何設計及加工過程，隨后研究者提出弧齒端齒盤幾何設計及強度計算方法、進行弧齒端齒聯(lián)軸器的強度分析、弧齒端齒連接螺栓應力狀態(tài)分析以及弧齒端齒盤的接觸分析，至今弧齒端齒聯(lián)軸器的發(fā)展已較成熟。對于直齒端面齒聯(lián)器，推導了直齒端齒盤輪齒強度校核公式，可按照選取參數(shù)進行設計，給出了較恰當?shù)脑O計方法。又進一步提出一種直齒端齒盤幾何參數(shù)設計方法與相應彎曲強度校核計算公式，該方法優(yōu)化了端齒盤幾何設計。綜上所述，現(xiàn)有的端面齒聯(lián)軸器均為在端平面上布齒的型式，尚沒有將曲面上布齒應用于聯(lián)軸器的研究。為此，本文提出端曲面梯形齒聯(lián)軸器的形式，并與端面梯形齒聯(lián)軸器進行對比分析。端曲面齒聯(lián)軸器不同于端面齒聯(lián)軸器，其端齒盤的輪齒并非均勻分布在與聯(lián)軸器軸線垂直的平面上，而是呈規(guī)律分布在類似圓周波形的曲面上。根據曲面共軛理論，該曲面與橢圓齒輪節(jié)曲面互為共軛曲面，并且其成對運動間的內在聯(lián)系和相互轉換規(guī)律符合正交非圓面齒輪副的嚙合傳動規(guī)律。端曲面齒聯(lián)軸器的輪齒分布形式擴大了輪齒橫截面積和接觸面積，提高了其載荷承載能力。它能以更小的尺寸較好地滿足、高承載能力和高生產率的需要普通的端面齒聯(lián)軸器，其端齒盤的端齒均勻分布在與聯(lián)軸器軸線垂直的平面上。該類聯(lián)軸器工作時產生的載荷和沖擊全由端面齒來承受，當端面齒受沖擊載荷發(fā)生斷裂時，聯(lián)軸器將無法繼續(xù)工作而引起事故。本文所設計的端曲面齒聯(lián)軸器能夠解決上述問題，并且在對中性、承載能力等方面有大幅度提高。端曲面齒聯(lián)軸器端齒盤的端齒呈規(guī)律分布在類似圓周波形的端曲面上。端曲面齒聯(lián)軸器的端曲面是基于解析曲面的共軛曲面求解理論，通過共軛運動方程的計算，所求解得出的與橢圓齒輪節(jié)曲面相共軛的共軛曲面。然而，僅通過解析曲面的共軛理論不能滿足現(xiàn)代設計與加工技術的需要，故本文也利用正交非圓面齒輪副的設計理論對端曲面進行聯(lián)合求解。常用的齒形有矩形、梯形、鋸齒形和三角形。鋸形齒無軸向分力但不便于接合與分離，梯形齒強度較高，沖擊小故應用較廣，鋸齒形齒強度較高但只能傳遞單方向轉矩。