鼓形齿式联轴器鼓形齿设计及原理

    鼓形齿式联轴器早应用于20世纪40年代，因其的传动性能，在德国、美国、前苏联及日本的发展。我国起步较晚，20世纪80年代中期才开始鼓形齿联轴器的研制工作，经过引进消化技术，现已基本具备鼓形齿联轴器的生产技术，但产品主要技术指标，如传递扭矩、工作寿命等与依然有较大差距，导致大部分使用者仍依赖产品。鼓形齿式联轴器是广泛应用于矿山、冶金、轧钢等的关键基础件之一。其主要特点是可以补偿两联接轴因安装、弹性变形、基础沉降等，造成轴线不重合而形成的角度、轴向、径向及综合误差，从而设备的正常、平稳、运行。
    作为鼓形齿联轴器的核心设计内容，鼓形齿传动性能的影响还有待进一步。目前，鼓形齿的设计及强度校核方法还不优良，也没有统一标准。
    1 基本原理
    鼓形齿联轴器主要由两个鼓形齿轴套和两个直齿内齿圈等组成。鼓形齿轴套与内齿圈组成可移式联接，从而允许被联接轴或回转件之间的径向位移和轴向夹角;两内齿圈通过传动筒体或传动轴联接，或直接采用铰制孔螺栓联接。
    鼓形齿联轴器的运动是复杂的空间运动，在有轴间倾角的情况下，鼓形齿与内齿圈的相对运动可分为摆动和翻动。这两种运动在啮合的半周期中经历纯摆动-复合运动-纯翻转-复合运动-纯摆动的循环运动过程。
     鼓形齿常见的加工方法是利用盘铣刀或齿轮滚刀沿半径为R0的鼓度曲线加工获得，也可将鼓度曲线设计为几段过渡平滑的圆弧，从而既可满足强度要求，又可减少因侧隙要求而减薄内外齿齿厚。齿轮与刀具连线形成的一系列鼓形齿截面具有相同的渐开线齿廓。鼓形齿呈鼓形，中间厚两端薄，能避免齿端棱边接触。
    2 鼓形齿设计
    主要尺寸计算
    工作时，鼓形齿与直齿内齿圈组成可移式联接，该联接的定心方式有外径定心和齿侧定心两种。外径定心是指以鼓形齿齿定圆直径定心，它与直齿内齿圈根圆直径名义值相等，考虑到加工工艺控制，直径之间的配合一般采用F9/h8或F8/hS1;齿定心时，两齿轮直径da1和df2之间有较大间隙，工作时自动定心，有利于齿间载荷的分布。当联轴器具有较大的附加径向载荷时，一般采用外径定心。
    鼓形齿齿形角一般在20°-30°之间，常取20°，可以采用变位和非变位啮合。采用变位啮合时，内外齿轮变位系数大小相等，方向相同，一般取x的范围为0.3-0.5，有利于提高齿根强度，同时也能避免齿数较少时，内齿圈因插齿出现顶切现象。
    偏转角ω是鼓形齿联轴器设计重要的参数之一，偏转角的大小影响鼓形齿的几何参数设计和承载能力指标。偏转角ω许用值与具体使用场合有关，一般在0.5°-2.5°范围内酌情选取。
    鼓形齿联接的齿侧间隙应不受齿轮加工、装配的影响，还应轴间存在倾角时，轮齿翻动所需的空间。
    由于鼓形齿联轴器的失效形式主要是齿面磨损和点蚀，出现断齿的可能性较小，在设计时通常只需校核齿面接触强度，对轮齿的弯曲强度一般可不进行计算。
    在鼓形齿联轴器联接轴间无倾角的情况下，鼓形齿只有齿宽中部鼓肚部分接触。根据弹性理论，可鼓形齿工作圆切面上的齿廓曲线看作是圆弧的一段，圆弧半径为Rt沿齿高方向为一个圆柱体，内齿可认为是一个平面。
    鼓形齿式联轴器工作时，啮合的齿对之间有摆动、翻转及两者的复合运动，表面摩擦力较大，因此许用接触应力值一般取齿轮传动许用应力值的1/3-1/4.5。