礦用鼓形齒聯(lián)軸器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究

   鼓形齒聯(lián)軸器因其體積小、傳遞轉(zhuǎn)矩大且優(yōu)良性高等特點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于礦山、冶金等行業(yè)行業(yè)。目前關(guān)于鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其工作特性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及齒面嚙合特性等的研究也不優(yōu)良。結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)礦用鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及提高優(yōu)良性等問題進(jìn)行了分析和探討，為提高鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量提供了理論支持。從表面上看，動(dòng)應(yīng)力越大越好，但是動(dòng)應(yīng)力的取值是有確定范圍的，如果動(dòng)應(yīng)力太大則會(huì)降低工件的疲勞壽命。在工件處于共振狀態(tài)且不超出某疲勞及限條件下，動(dòng)應(yīng)力越大，取消殘余應(yīng)力的效果越好；在確定激振力之前，應(yīng)預(yù)估工件的殘余應(yīng)力值及工件應(yīng)力集中的位置，如果激振力與殘余應(yīng)力相加超出材料的屈服強(qiáng)度，會(huì)導(dǎo)致工件的變形甚至造成工件在處理過程中出現(xiàn)裂紋等破壞。鼓形齒聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩大、體積小且優(yōu)良性高，因而可以補(bǔ)償兩聯(lián)接軸因安裝誤差、彈性變形及基礎(chǔ)沉降等造成的軸線不重合而形成的誤差，保護(hù)了設(shè)備的平穩(wěn)、優(yōu)良運(yùn)行。關(guān)于鼓形齒聯(lián)軸器的幾何計(jì)算和強(qiáng)度校核， 對(duì)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題、設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討，從而為鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)、應(yīng)用和推廣提供理論支持由于礦山用鼓形齒聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩較大，工況惡劣，設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能滿足如下原則。

(1)減輕鼓形齒聯(lián)軸器質(zhì)量，進(jìn)而減輕軸承端懸掛力矩，提高傳動(dòng)系統(tǒng)橫向固有頻率，變大橫向臨界轉(zhuǎn)速；

(2)將鼓形齒聯(lián)軸器的不平衡度減至較低限度，盡量做到結(jié)構(gòu)對(duì)稱；

(3)在確認(rèn)系統(tǒng)不發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振的前提下，降低鼓形齒聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度內(nèi)齒圈壁厚不但影響傳動(dòng)能力，同時(shí)受載產(chǎn)生的彈性變形會(huì)對(duì)齒面的載荷分布產(chǎn)生很大的影響，此，要合理確定內(nèi)齒圈壁厚。在滿足傳遞載荷的前提下，為深受較好的動(dòng)態(tài)特性，內(nèi)齒圈壁厚應(yīng)盡可能小，進(jìn)而變加齒圈的柔性，消 除鼓形齒加工誤差對(duì)齒間及齒面載荷分配的影響，使多輪齒參與嚙合，提高聯(lián)軸器的承載能力和優(yōu)良性。目前內(nèi)齒圈壁厚可根據(jù)材料力學(xué)進(jìn)行確定，也可采用有限元計(jì)算、試驗(yàn)及使用經(jīng)驗(yàn)綜合確定。對(duì)于帶中間傳動(dòng)筒體的聯(lián)軸器，其聯(lián)接筒體在滿足傳遞載荷的前提下，要盡可能地減輕質(zhì)量。對(duì)內(nèi)齒圈及傳動(dòng)筒體進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析，較大綜合應(yīng)力建議控制在85～120MPa左右。

鼓形齒聯(lián)軸器兩內(nèi)齒圈之間或內(nèi)齒圈與傳動(dòng)筒體之間的聯(lián)接一般采用鉸制孔螺栓聯(lián)接，其強(qiáng)度計(jì)算可參照相關(guān)技術(shù)資料。為避免因預(yù)緊力過大，影響載荷傳遞，同時(shí)為保護(hù)螺栓受載均勻，須對(duì)螺栓預(yù)緊力進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)應(yīng)注意螺紋防松。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為便于添加潤(rùn)滑脂，建議在內(nèi)齒圈附近圓周方向設(shè)置注油孔；外齒軸套與聯(lián)接軸一般為鍵連接，為防止松動(dòng)，建議在外齒軸套上設(shè)置緊定螺釘，或在外齒軸套端面設(shè)置擋板，防止鍵脫落。基于加工需要，內(nèi)齒圈聯(lián)接法蘭孔應(yīng)避免與內(nèi)齒圈外徑D干涉。

材料、熱處理及潤(rùn)滑

材料是鼓形齒聯(lián)軸器傳遞載荷的基礎(chǔ)，選擇合適的材料不但可以滿足傳遞要求，還能降低生產(chǎn)成本。由于加工設(shè)備、工藝和成本的限制，在選材上存在確定的局限性。鼓形齒聯(lián)軸器內(nèi)外齒輪材質(zhì)通常選用42CrMo或40CrNiMo，調(diào)質(zhì)硬度260～300HB為宜。由于42CrMo具有良好的力學(xué)性能，一般場(chǎng)合無需采用價(jià)格較高的40CrNiMo。為延長(zhǎng)聯(lián)軸器的使用壽命，可對(duì)齒面進(jìn)行淬火或滲氮，由于齒面滲氮變形小且能明顯提高輪齒的性能，因此中小型規(guī)格使用較多。

在鼓形齒聯(lián)軸器工作過程中，輪齒之間偏轉(zhuǎn)角會(huì)導(dǎo)致相對(duì)滑動(dòng)，若潤(rùn)滑油黏度及表面粗糙度控制不好，會(huì)使輪齒處于邊界潤(rùn)滑或混合潤(rùn)滑狀態(tài)，引起嚴(yán)重的磨損。因此，可采用降低齒面粗糙度，變大潤(rùn)滑油黏度的方法避免齒面磨損。潤(rùn)滑油黏度的變加利于齒面油膜的形成；在低速重載場(chǎng)合，采用含及壓

添加劑的齒輪潤(rùn)滑油可提高其使用壽命。對(duì)于大型聯(lián)軸器，當(dāng)運(yùn)動(dòng)黏度<150mm2/s時(shí)，齒面不易形成全部潤(rùn)滑油膜，當(dāng)黏度變加到460mm2/s時(shí)，可使齒面潤(rùn)滑接近于彈流狀態(tài)；小型聯(lián)軸器則不易繼續(xù)變大黏度，否則會(huì)使摩擦因數(shù)變加，油溫升高，導(dǎo)致黏度下降，達(dá)不到預(yù)期潤(rùn)滑效果，可在潤(rùn)滑油中添加適當(dāng)抗磨損添加劑或直接選用低黏度及壓潤(rùn)滑油。