鼓型滚柱式联轴器设计与应用
鼓型滚柱式联轴器设计与应用
1.1联轴器的分类刚性联轴器：结构简单，无补偿性能，不能缓冲减振，对两轴安装精度要求较高。用于振动很小的工况。联结高速和刚性不大的且对中性较高的两轴。无弹性元件挠性联轴器挠性联轴器：非金属元件挠性联轴器金属元件挠性联轴器1.2联轴器的选择1.2.1根据以上分类，应根据使用要求和工作条件来确定联轴器。具体选择时可考虑以下几点：a.需传递的转矩大小和性质以及对减振和缓冲方面的要求；b.轴器的工作转速高低和引起的离心力的大小，对于高速传动轴应选用平衡的联轴器。如：膜片联轴器、齿式联轴器等；c.两轴相对位移的大小和方向，当安装调整后，难以保持两轴严格对中，应选用平衡度高的联轴器；d.联轴器和工作环境；e.联轴器的制造、安装、维护和成本。1.2.2联轴器的应用联轴器在冶金机械，重型、矿山机械，起重、运输机械等传动中都有广泛的应用。。首钢使用的联轴器主要是齿式联轴器，齿式联轴器是可移式刚性联轴器中用处较广泛的一种，它是利用内、外齿啮合以实现两半联轴器的联接。2齿式和鼓齿式联轴器的特点齿式联轴器较大的特点是：结构紧凑，承载能力大，使用范围广，，具有补偿两轴相对位移的能力，但制造困难，适用于重载下工作或高速运转的水平传动联接。为了补偿两轴相对位移，内、外齿轮的啮合较普通齿轮传动具有较大的側隙。此外，还将外齿轮的齿顶制成半径为Ra的球面，称为鼓形齿式联轴器。鼓形齿式联轴器通过鼓形外齿套和直齿的内齿圈的轴线摆动（称角向位移）来补偿两传动轴线的相对偏移。齿长方向的鼓度越大，其角向位移越大，有的可达6度。齿长方向的鼓度，使齿对接触情况较好，改 善了啮合面上压力分布的均匀性，因此鼓形齿式联轴器有传动能力大、角位移大、传动平稳、寿命长等优点。但鼓形齿轮在加工难度，我单位现有非数控设备不能加工鼓形齿式联轴器。3鼓型滚柱式联轴器的设计3.1鼓型滚柱式联轴器综合齿式联轴器的优点，参考弹性联轴器结构简单，制造容易，更换方便等优点，在不改变齿式联轴器设计优点的同时出一种结构合理，加工相对简单的联轴器，把这两种联轴器的优点结合到一起，排除这两种联轴器的缺点，将会出现一种新型的联轴器，经过反复构思，终于设计出鼓型滚柱式联轴器。鼓型滚柱式联轴器是利用在内、外齿套之间用鼓型滚柱啮合以实现两半联轴器的联接，在该联轴器中鼓型滚柱起着传递扭矩和补偿两传动轴之间的相对位移的作用。3.2鼓型滚柱式联轴器的材料及性能要求鼓型滚柱要具有，但考虑鼓型滚柱制造成本远远低于内、外齿套制造，所以确定滚柱的硬度略低于内、外齿套的表面硬度。这样便可实现当鼓型滚柱达到磨损及限后，内、外齿圈套仍可继续使用。该鼓型滚柱式联轴器的特点是结构紧凑，承载力大，使用的范围广，具有补偿两轴相位移的能力且制造简单，适用于重载下或高速运动的水平传动轴的联接。鼓型滚柱式联轴器内、外齿套的材料应同转速有关，对于v≤15m/s可用45、ZG310-570、40Gr、42Gr-Mo等经热处理，使内齿套硬度≥248HB，外齿套硬度≥286HB。对在高转速下运转的鼓型滚柱式联轴器，应采用合金钢制造，轮齿齿面需经表面淬火或氮化等化学热处理，并相应提高轮齿的制造精度和齿面粗糙度,其外齿套材料为42GrMo,经氮化处理后硬度≥500HV,内齿套材料为42GrMo,经氮化处理后硬度≥650HV。为了提高鼓型滚柱式联轴器的承载能力，延长使用寿命，即使对转速不高的普通鼓型滚柱式联轴器，也采用表面硬化处理，使齿面硬度达到HRC38~43或高一些。4鼓型滚柱式联轴器的计算4.1联轴器的强度计算4.1.1轮齿的强度计算鼓型滚柱式联轴器的承载能力既与材料和热处理有关，也与两轴相对位移的方向和位移量大小有关，而且还与啮合齿面间隔的滑动速度和润滑状态有关。因此要准确计算鼓型滚柱式联轴器中轮齿的强度比较困难。一般按下式进行计算：Tc=K1k2T≤[T]N.m[T]———联轴器的许用转矩N.mT———联轴器长期承受的理论转矩N.mK1———传动程度系数K2———联轴器工作条件系数（1）接触应力可按下式计算σh=Tc/D≤[σh]N/mm[σh]———许用接触应力N/mm（2）剪切应力按下式计算τ=8Tc/3.14Bd≤[τ]N/mm[τ]———材料许用剪应应力N/mm4.1.2齿面滑动速度齿面滑动速度V=DNtanΔδ/3000≤[V]=0.12m/sN———联轴器转速r/minD———鼓型滚柱安装直径mmΔδ———联轴器联接两轴角位移°联轴器自动定心的较小转矩Tcmin≥menD/36000N.mmm———中间轴或内齿套质量kge-外齿套的相对偏心mm4.2联轴器的主要尺寸关系及制造精度a.鼓型滚柱数量：Z=14-30b.鼓型滚柱宽度B=(0.15-0.2)D；c.鼓型滚柱半径Rt=B/2sinθ鼓型角θ,其值应满足角位移需要；d.齿套与鼓型滚柱间隙Cn=0.00156D+δcδc：补偿制造误差侧隙；e.齿套的精度和粗糙度Ra=0.4-3.2；f.动平衡按相应等级精度国标制定5鼓型滚柱式联轴器的生产设计制造后的鼓型滚柱式联轴器同齿式联轴器比较，在制做过程中不需要滚齿机和插齿机，降低了加工成本，安装方便。经过首钢、包钢、唐钢、宣钢、通钢等多家钢厂使用。该联轴器运转周期长，使用效果好。能替代制造难度大加工成本高的齿式联轴器，同时又为使用单位节省了备件费用。
