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端曲面齿联轴器的创成原理及设计

2021-03-19 15:15:38

端曲面齿联轴器的创成原理及设计

   根据联轴器工作原理,结合空间坐标变换理论、共轭曲面求解理论及正交非圆面齿轮副传动原理,提出端曲面齿联轴器这一新的结构形式,建立端曲面齿联轴器求解的共轭坐标系,推导端曲面齿联轴器的端曲面参数方程,生成端曲面;结合端曲面齿齿盘的几何参数设计理论,采用“共轭截线投影法”新型齿面生成方法,通过软件对端曲面齿齿面进行几何求解,获得端曲面齿联轴器的连接齿面及十字轴式端曲面齿万向联轴器的三维实体模型;将端曲面齿联轴器应用于冶金等工程设备中,验证端曲面齿联轴器几何设计方法的正确性和在工程应用中的可行性。端面齿联轴器是用来连接两轴或轴与回转体,传递转矩和运动的一类联轴器。一般的端面齿联轴器由2个端齿盘共同组成,端齿盘是指在与联轴器轴线垂直的平面上,轮齿沿圆周均匀分布的齿形联接元件。端面齿联轴器在大功率动力装置中应用广泛,如大功率铁路机车、大功率离心式压缩机、大型柴油发动机的曲轴、航空和工业用燃气轮机或蒸汽轮机的涡轮转子和压缩机转子等设备。端面齿联轴器较早提出,按照轮齿结构分为弧齿及直齿2种形式。对于弧齿端面齿联轴器,介绍了弧齿端齿联轴器几何设计及加工过程,随后研究者提出弧齿端齿盘几何设计及强度计算方法、进行弧齿端齿联轴器的强度分析、弧齿端齿连接螺栓应力状态分析以及弧齿端齿盘的接触分析,至今弧齿端齿联轴器的发展已较成熟。对于直齿端面齿联器,推导了直齿端齿盘轮齿强度校核公式,可按照选取参数进行设计,给出了较恰当的设计方法。又进一步提出一种直齿端齿盘几何参数设计方法与相应弯曲强度校核计算公式,该方法优化了端齿盘几何设计。综上所述,现有的端面齿联轴器均为在端平面上布齿的型式,尚没有将曲面上布齿应用于联轴器的研究。为此,本文提出端曲面梯形齿联轴器的形式,并与端面梯形齿联轴器进行对比分析。端曲面齿联轴器不同于端面齿联轴器,其端齿盘的轮齿并非均匀分布在与联轴器轴线垂直的平面上,而是呈规律分布在类似圆周波形的曲面上。根据曲面共轭理论,该曲面与椭圆齿轮节曲面互为共轭曲面,并且其成对运动间的内在联系和相互转换规律符合正交非圆面齿轮副的啮合传动规律。端曲面齿联轴器的轮齿分布形式扩大了轮齿横截面积和接触面积,提高了其载荷承载能力。它能以更小的尺寸较好地满足、高承载能力和高生产率的需要普通的端面齿联轴器,其端齿盘的端齿均匀分布在与联轴器轴线垂直的平面上。该类联轴器工作时产生的载荷和冲击全由端面齿来承受,当端面齿受冲击载荷发生断裂时,联轴器将无法继续工作而引起事故。本文所设计的端曲面齿联轴器能够解决上述问题,并且在对中性、承载能力等方面有大幅度提高。端曲面齿联轴器端齿盘的端齿呈规律分布在类似圆周波形的端曲面上。端曲面齿联轴器的端曲面是基于解析曲面的共轭曲面求解理论,通过共轭运动方程的计算,所求解得出的与椭圆齿轮节曲面相共轭的共轭曲面。然而,仅通过解析曲面的共轭理论不能满足现代设计与加工技术的需要,故本文也利用正交非圆面齿轮副的设计理论对端曲面进行联合求解。常用的齿形有矩形、梯形、锯齿形和三角形。锯形齿无轴向分力但不便于接合与分离,梯形齿强度较高,冲击小故应用较广,锯齿形齿强度较高但只能传递单方向转矩。