齿轮联轴器的计算与润滑
肖 南1, 晋民杰2, 张平宽2
(1.太原重型机械学院总务处,太原030024; 2.太原重型机械学院机电工程系,太原030024)
摘 要:通过对刚性齿轮联轴器的结构特点及其内外齿轮啮合规律的分析和研究,探
讨了齿轮联轴器的应力计算,并结合齿面的损伤特点,进一步强调了齿轮联轴器润滑的重
要性。
关键词:齿轮;联轴器;润滑
中图分类号:TH133.4 文献标识码:A
根据工程机械的工作特点,其联轴器的选型包括两部分:一是高速轴部分,这一端采用
弹性柱销联轴器;另一部分是低速轴,采用齿轮联轴器以传递较大的扭矩,并允许连接轴有
一些偏差而不影响正常的工作。本文针对矿用提升设备中所使用的刚性齿轮联轴器作一些
图1 偏角β和倾斜角ψ
探讨。
1 齿轮联轴器的构造特点
齿轮联轴器结构紧凑,能传递较大的功率,在多种矿山设
备中也兼作离合器使用,但是由于齿轮联轴器不可能采用橡
胶、弹簧等缓冲材料,所以不能吸收振动和冲击。为此常用于
矿井提升设备的低速端以传递较大扭矩。图1为其基本结构,
轴心线偏角β,倾斜角ψ,偏心δ,两内齿圈齿宽中心成相距
L,则存在下列关系:
β=2ψ ψ=arcsinδl
通常齿轮联轴器允许的最大圆周速度
vmax=40 m/s
转速nmax=4 000 rpm
特殊设计的齿轮联轴器允许最大偏角βmax=4ρ
偏心δ=±10.5 mm
为了在倾斜角ψ存在的情况下保证内外齿平滑传动不发生干涉,其中一种措施就是将
外齿套的齿顶圆切削成球面状(俗称鼓形齿),确保内齿的齿根与外齿的齿顶不接触。
图2是联轴器外齿套与内齿圈节园啮合状态示意图。图中的外齿即为鼓形齿,内齿圈用
图2 鼓形齿啮合与齿隙
插齿刀切削齿根不作修正,但要保证足够的齿侧间隙。
2 齿轮联轴器中齿的啮合
2.1 滑动速度
因为齿轮联轴器内外齿轮的齿数相等,如果驱动轴与被驱动
轴同心,接触齿面的曲率半径相等且无鼓形度,则理论上齿面应该
完全接触。当有倾斜角时对应每对啮合齿产生两块接触斑点。随着
倾斜角的变小,两块接触斑点向齿幅中部靠拢。倾斜角为零时,两
块接触斑点重合于齿幅中部。倾斜角变大,随着齿轮联轴器的旋
转,齿面接触斑点沿齿幅方向移动,即齿轮随负荷的同时产生滑
动,滑动速度Vs由下式求得: Vs=πd0nφ60×1000
式中 d0———齿轮的节圆直径(mm);n———齿轮速轴器的转速(rpm);
φ———倾斜角(rad); Vs———滑动速度(m/s)。
滑动速度Vs大致这样选用:连续运转情况下
Vs≤0.12m/s; Vs≤0.2m/s
短时间的允许取值。
2.2 扭矩自锁
用齿轮联轴器联接的机械,运转过程中因热膨胀等原因,一方面机械中心高度会发生变
化,另一方面轴向也有热膨胀。由于齿面间摩擦力Fr的作用,内、外齿轮的齿而不能发生
相对滑动,这样机械内部的轴向变形会引起轴承胶合。摩擦力Fr为:Fr =0.25Td
式中:T———加在齿轮联轴器上的外力矩(kgf.mm)ds———齿轮联轴器的孔径(mm)。
2.3 有效啮合齿数
由于齿轮的周节误差,即使倾斜角为零,联轴器也不可能所有的齿都处于接触啮合状
态,实验表明,有效啮合齿数仅为30%—60%,平均50%.
3 齿轮联轴器的强度
齿轮联轴器的强度问题主要有连接左右两半的铰制孔螺栓;齿面接触疲劳强度和齿根
的弯曲强度;内齿轮齿圈厚度,外齿轮的键槽壁厚等。因为齿轮联轴器的齿轮传递的力矩很
大,所以与其相应的轴径也必须较大。其结果键槽和轮毂外径与齿根园间的厚度变薄,这是
设计上的难点。
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齿轮联轴器必须要进行润滑,如果在不充分润滑的情况下运转齿轮联轴器会发热,在极
短的时间里就会损坏。可以说有75%的齿轮联轴器是由于润滑不良而导致损伤的。对需
要补给润滑材料的齿轮联轴器,是使用润滑油还是使用润滑脂,一般说来齿轮的节圆速度
V小于40m/s时,使用润滑脂较好。在强制给油润滑的情况下,由于有离心作用在润滑油上,
使得润滑油中的添加剂、不纯物、尘埃等分离成为淤渣,其极限值[2]由下式求得:
C =0.5d0·w2
式中 d0———齿轮节圆直径(m);w———角速度(rad/s);
从齿的磨耗来考虑[3],采用高粘度的润滑油比采用润滑脂好,目前使用润滑脂的趋多,
这是因为用润滑油一方面要经常加油,另一方面工作过程中还担心失油的缘故。且紧急情况
停止所需时间较长。由于齿轮联轴器浮动部分的自重,浮动部分会下降至游隙消除为止。这
样内外齿轮的宽衬部位会出现间隙,甚至渗油。所以在选用润滑方式的同时必须考虑这一因
素造成的泄漏。
352 太原重型机械学院学报 1999年