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矿用鼓形齿联轴器设计关键技术的研究

2021-03-20 14:23:44

矿用鼓形齿联轴器设计关键技术的研究

   鼓形齿联轴器因其体积小、传递转矩大且优良性高等特点,而广泛应用于矿山、冶金等行业行业。目前关于鼓形齿联轴器的设计方法还没有统一的标准,对其工作特性、运动规律及齿面啮合特性等的研究也不优良。结合设计实践,对矿用鼓形齿联轴器的设计方法、设计要点及提高优良性等问题进行了分析和探讨,为提高鼓形齿联轴器的设计水平和产品质量提供了理论支持。从表面上看,动应力越大越好,但是动应力的取值是有确定范围的,如果动应力太大则会降低工件的疲劳寿命。在工件处于共振状态且不超出某疲劳及限条件下,动应力越大,取消残余应力的效果越好;在确定激振力之前,应预估工件的残余应力值及工件应力集中的位置,如果激振力与残余应力相加超出材料的屈服强度,会导致工件的变形甚至造成工件在处理过程中出现裂纹等破坏。鼓形齿联轴器传递转矩大、体积小且优良性高,因而可以补偿两联接轴因安装误差、弹性变形及基础沉降等造成的轴线不重合而形成的误差,保护了设备的平稳、优良运行。关于鼓形齿联轴器的几何计算和强度校核, 对设计中应注意的问题、设计要点进行探讨,从而为鼓形齿联轴器的设计、应用和推广提供理论支持由于矿山用鼓形齿联轴器传递转矩较大,工况恶劣,设计时要尽可能满足如下原则。

(1)减轻鼓形齿联轴器质量,进而减轻轴承端悬挂力矩,提高传动系统横向固有频率,变大横向临界转速;

(2)将鼓形齿联轴器的不平衡度减至较低限度,尽量做到结构对称;

(3)在确认系统不发生扭转共振的前提下,降低鼓形齿联轴器的扭转刚度内齿圈壁厚不但影响传动能力,同时受载产生的弹性变形会对齿面的载荷分布产生很大的影响,此,要合理确定内齿圈壁厚。在满足传递载荷的前提下,为深受较好的动态特性,内齿圈壁厚应尽可能小,进而变加齿圈的柔性,消 除鼓形齿加工误差对齿间及齿面载荷分配的影响,使多轮齿参与啮合,提高联轴器的承载能力和优良性。目前内齿圈壁厚可根据材料力学进行确定,也可采用有限元计算、试验及使用经验综合确定。对于带中间传动筒体的联轴器,其联接筒体在满足传递载荷的前提下,要尽可能地减轻质量。对内齿圈及传动筒体进行结构有限元分析,较大综合应力建议控制在85~120MPa左右。


鼓形齿联轴器两内齿圈之间或内齿圈与传动筒体之间的联接一般采用铰制孔螺栓联接,其强度计算可参照相关技术资料。为避免因预紧力过大,影响载荷传递,同时为保护螺栓受载均匀,须对螺栓预紧力进行严格控制,同时应注意螺纹防松。结构设计中,为便于添加润滑脂,建议在内齿圈附近圆周方向设置注油孔;外齿轴套与联接轴一般为键连接,为防止松动,建议在外齿轴套上设置紧定螺钉,或在外齿轴套端面设置挡板,防止键脱落。基于加工需要,内齿圈联接法兰孔应避免与内齿圈外径D干涉。

材料、热处理及润滑

材料是鼓形齿联轴器传递载荷的基础,选择合适的材料不但可以满足传递要求,还能降低生产成本。由于加工设备、工艺和成本的限制,在选材上存在确定的局限性。鼓形齿联轴器内外齿轮材质通常选用42CrMo或40CrNiMo,调质硬度260~300HB为宜。由于42CrMo具有良好的力学性能,一般场合无需采用价格较高的40CrNiMo。为延长联轴器的使用寿命,可对齿面进行淬火或渗氮,由于齿面渗氮变形小且能明显提高轮齿的性能,因此中小型规格使用较多。

在鼓形齿联轴器工作过程中,轮齿之间偏转角会导致相对滑动,若润滑油黏度及表面粗糙度控制不好,会使轮齿处于边界润滑或混合润滑状态,引起严重的磨损。因此,可采用降低齿面粗糙度,变大润滑油黏度的方法避免齿面磨损。润滑油黏度的变加利于齿面油膜的形成;在低速重载场合,采用含及压

添加剂的齿轮润滑油可提高其使用寿命。对于大型联轴器,当运动黏度<150mm2/s时,齿面不易形成全部润滑油膜,当黏度变加到460mm2/s时,可使齿面润滑接近于弹流状态;小型联轴器则不易继续变大黏度,否则会使摩擦因数变加,油温升高,导致黏度下降,达不到预期润滑效果,可在润滑油中添加适当抗磨损添加剂或直接选用低黏度及压润滑油。