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鼓形齿式联轴器的可靠性及技术特点

文章作者:泊头昌瑞传动   发布时间:2019-02-28
鼓形齿式联轴器的使用性能要求其具有补偿两轴相对位移性能,而两水平轴线传动轴系的角位移较终是反映在一对啮合齿之问,所允许的偏转角度,它取决啮合齿之问的侧隙大小。

联轴器是用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。根据我公司产品使用特点,专门开发设计了TGII型鼓形齿式联轴器系列,主要用于我公司高炉主卷扬产品中。高炉主卷扬减速器前后的联接。

主卷扬24小时不停机,一年中工作时间达到330~350天,周期工作制,每天上料800~900车,高炉赶料时达45车/小时。电机与减速器问联接的高速端联轴器,工作时处于高速运转状态,1000~1500 r/min;减速器与卷筒问联接的低速端联轴器,工作时处于频繁重载双向运行状态,卷筒上受到10t以上的拉力(匀速运行时)。

TG II型鼓形齿式联轴器是由齿数相同的内齿圈和带外齿的凸缘半联轴器等零件组成。外齿采用鼓形齿齿形,所谓鼓形齿即为将外齿的齿面制成球面,球面中心在齿轮轴线上,齿侧问隙较一般齿轮稍大,鼓形齿式联轴器可允许较大的角位移(相对于直齿式联轴器),可改善齿的接触条件,提高传递转矩的能力,延长使用寿命。

在结构上TG II鼓形齿式联轴器具有结构简单、工艺性好、可靠性高、装拆方便、维护容易等特点:

1)结构合理,同一内齿圈与二组鼓形齿外齿轴套啮合副组成,结构上采用对称配置。

2)补偿性能好,可以补偿两轴联接因轴心线不同轴而形成的径向,轴向和角度及其综合位移。外齿轮齿厚中问厚两端薄,允许两轴线有较大的角位移,一般设计为士1. 5°,当角位移在2~3°时也能可靠的工作。而直齿式联轴器一般仅允许士1°的角位移。

3)径向定心好,采用内齿圈的齿根圆柱面与鼓形齿外齿齿顶圆球面定心,使传动平稳,振动小,噪声低。

4)啮合精度高,同时接触齿数多,接触应力小,传递力矩大。能承受重载及冲击载荷,在相同条件下比直齿式联轴器传递扭矩提高15~20%。

5)齿面呈鼓形,改善了工作状态,消除了齿端部的集中载荷,提高了联轴器的使用寿命。

6)外形尺寸小,易于安装调整,装拆方便,维修简单,密封性好。

技术特点

鼓形齿式联轴器的使用性能要求其具有补偿两轴相对位移性能,而两水平轴线传动轴系的角位移较终是反映在一对啮合齿之问,所允许的偏转角度,它取决啮合齿之问的侧隙大小。而侧隙的选择是比较关键性的。由于考虑到齿轮联轴器不同于齿轮传动,在结构上,一对内外齿轮是组装在一起后,是以同一个圆周速度一起转动的。鼓形齿式联轴器研制有不同的技术方案,TG II型鼓形齿式联轴器按内、外齿分度圆等厚度计算齿厚的设计方法,具有以下特点:

1啮合精度高

鼓形齿的制造一般是在滚齿机上使滚刀中心轨迹按照设计所要求的位移圆半径,用仿形模板加工出来的,国内的生产厂家几乎全部都用这种方法。用模板仿形加工时,技术的关键在于铣齿铣到齿形中部弧面转向时,由于惯性,摩擦阻尼、传动丝杠问隙以及传动链刚性不足产生的弹性变形等非线性因素的影响,一般很难加工出正确的鼓形齿圆弧面,经常需要有技术很熟练的工人根据白己的工作经验进行掌握。TG II型鼓形齿式联轴器,其鼓形齿圆弧面用数控成形,比一般仿形加工成形的鼓形齿精度更高。

TG II型鼓形齿式联轴器的鼓形齿外齿轴套达到国际标准7级精度,其周节极限偏差fpt,周节累积公差Fp,公法线平均长度公差Fw均达到JB10095-88标准中7级精度。鼓形齿圆弧表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。由于齿轮精度高,使啮合时同时接触的齿数增多,使接触应力减小,这对于提高联轴的接触强度,增大传递力矩,减少振动、降低噪声、提高传动平稳性的使用寿命有着重要的意义。

2定心方式

齿轮联轴器的定心方式有四种,分别为外径定心(两种)、齿侧定心和辐板定心。

外径定心中有两种,既外齿顶圆局部与内齿齿根圆配合和外齿齿顶圆与内齿齿根圆配合。

TG II型鼓形齿式联轴器在设计时考虑加工的复杂程度和控制的难度,采用鼓形齿外齿轴套齿顶圆球面与内齿圈的齿根圆柱面作为定心表面。

由于内齿齿根圆要求与一般内齿轮不同,标准的内齿齿根圆问隙很大,起不到定心作用,因此必须给出公差,而且为了避免干涉,齿根部不得留有圆角,才能保证与外齿轴套的定位。这就给内齿齿根圆的加工带来困难,一般很难保证H9/h7的配合要求。TG II型鼓形齿式联轴器采用专用插齿刀具,保证内齿齿根精度要求,外齿轴套采用数控机床加工球面,保证了良好的定心性。避免由于齿齿顶问隙过大而在高速运转达时产生偏心振动。

3联轴器互换性

互换性要求是鼓形齿式联轴器研制过程中的一个难点。一般国内很多厂生产的联轴器没有互换性的。目前大多数鼓形齿式联轴器其两半内齿圈的绞制螺栓孔都是采用配钻铰的方法,然后打上标记对号入座进行装配的。用这种方法制造的联轴器是不能互换的。根据市场的需求,特别是冶金行业的特殊要求,在设计中TG II型鼓形齿式联轴器要求两半内齿圈联接绞制螺栓孔相对于定心圆的位置度公差为φ 0. 02这一要求是在加工中心和数控锁床上保证的。这样,保证了互换性要求,在工业生产中不但降低了工人维修更换备件的劳动强度,而且缩短了在线的维修时问,有着十分明显的经济效益。

4保证侧隙的方法

保证侧隙的方法与参数的确定、刀具的选用有关,可采用标准的刀具和特定刀具。

当采用齿顶高系数为1,顶隙系数为0. 25的标准刀具时,由于外齿的齿顶高和内齿的齿根高相等,用标准的插齿刀仅靠径向切入不能达到齿厚要求,必需切向变位插齿。

另一种实用的方法是把标准的插齿刀磨去齿顶即成专用插齿刀,只采用径向进给,插至全齿深即可达到齿厚要求。

TG II型鼓形齿式联轴器采用外齿齿高系数为 1,齿根高系数为1. 25;内齿齿根高系数为1. 0, 齿顶高系数为0. 8,插齿刀具磨去0.25m高的齿改 制。内外齿分度圆齿厚相等,内齿轮插齿时不需要径向变位。

5承载能力分析

鼓形齿式联轴器的精度和齿数对于接触强度有直接影响,当材质硬度一定时,接触应力取决于齿面的曲率半径和同时接触的齿数,TG II型鼓形齿式联轴器采取比国标高一等级的制造精度,可满足提高接触强度的要求。在保证制造精度的前提下,当分度圆的直径确定以后,减少模数、增加齿数,可以增加同时承载齿对数,降低接触应力,从而提高承载能力。因此设计时在保证抗弯强度的前提下,尽可能采用小模数增加齿数,是提高传递扭矩的有效途径。

接触应力决定联轴器的承载能力,而齿面硬度是决定许用接触应力的主要因素,提高齿面硬度有利于提高使用寿命,材质的选择和热处理是提高齿面硬度的先决定条件。由于鼓形齿式联轴器的啮合副,无论内齿圈还是鼓形齿外齿轴套,淬火以后的变形都很难用加工手段消除,因此TG II型鼓形齿式联轴器一般采用42CrM。进行调质处理。能够满足冶金工业低速重载的使用环境要求。

6角向补偿与齿侧隙

鼓形齿式联轴器的设计是依据所容许的较大角向补偿量来决定齿形参数和侧隙大小,较大角向补偿量同时也是影响承载能力的重要因素,角向补偿愈大则同时工作的齿数愈少传递扭矩随之降低。鼓形齿式联轴器允许两联接轴作任何方向的位移,实质是角向补偿量,联轴器的内齿圈和外齿轴套构成一种特殊的相交轴向啮合副传动。并具有良好的补偿两轴作任何方向位移的能力,TG II型鼓形齿式联轴器将外齿齿顶设计成中心位于轴线上的球面,作为定心圆,定心结构采用内齿圈的齿根圆柱面与鼓形齿外齿齿顶球面定心,其配合H9/h7。

啮合副要确定合适的齿侧隙,侧隙小满足不了角向补偿量的要求,侧隙大将增加内齿圈和个齿轴套的不同心度,造成传动过程中冲击、振动、噪音增加,特别是在正反转运行和频繁启制动时,恶化动态性能,严重影响使用寿命。



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