[發(fā)明專利]一種凹凸齒線聯(lián)軸器的設計方法

有效

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• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109446666B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設計）人: 蘇進展;閻志強;常樂浩;賀朝霞
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開一種凹凸齒線聯(lián)軸器的設計方法，包括：齒條刀具的法截面中心沿著三段拋物線做變位曲線運動，形成假想產(chǎn)形齒條，并推導出中凸外齒的齒面方程；內(nèi)齒采用標準漸開線插齒刀或碟形砂輪加工，刀具在沿著軸向進給的同時，附加一個徑向運動，通過控制徑向進給量實現(xiàn)內(nèi)齒的中凹加工，推導出中凹內(nèi)齒的齒面方程。建立考慮軸交角安裝誤差的輪齒邊緣接觸分析模型和有限元分析模型，分別比較鼓形齒聯(lián)軸器和凹凸齒線聯(lián)軸器的最大軸交角、最大齒根彎曲應力和最大齒面接觸應力。該設計方法保證凹凸齒線聯(lián)軸器具有較小的齒面接觸應力和齒根彎曲應力，提高輪齒強度；同時能夠增大軸交角，改善凹凸齒線聯(lián)軸器的誤差敏感性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于齒輪傳動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種凹凸齒線聯(lián)軸器的設計方法。

背景技術(shù)

鼓形齒聯(lián)軸器是機械動力裝置中不可或缺的核心基礎(chǔ)件，由齒形中鼓的外齒和相同齒數(shù)的內(nèi)齒組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、傳遞扭矩范圍廣、傳動效率高和裝拆方便等優(yōu)點，能夠補償兩軸間徑向、軸向、角度及其綜合位移，在船舶、冶金、航空、軌道交通等領(lǐng)域得到廣泛的應用。我國從上世紀60年代中期才開始對鼓形齒聯(lián)軸器進行系統(tǒng)研究，受諸多技術(shù)條件限制，研究成果雖然顯著，但與世界先進水平相比還有較大差距，在許多高精尖裝備中仍然需要依靠國外進口。目前，中國正由制造大國邁向制造強國，因此研究高精度、大扭矩、高可靠性的鼓形齒聯(lián)軸器勢在必行。

鼓形齒聯(lián)軸器是在不斷變化的角度聯(lián)接下工作，齒面接觸狀態(tài)非常復雜，對于聯(lián)軸器上的整圈齒，每個齒對的接觸狀態(tài)都不相同，每個齒對都在不同的相對擺動和翻轉(zhuǎn)狀態(tài)下嚙合，共同承擔并傳遞扭矩，因此適應這種嚙合狀態(tài)的齒形設計相當復雜，而分析多種不同嚙合狀態(tài)的方法則更為困難。鼓形齒聯(lián)軸器在很大的扭矩下工作，由于外齒中鼓要求僅部分齒面承受載荷，不僅接觸強度和彎曲強度需要考慮，由于每對齒的接觸狀態(tài)不同，齒面間存在相對滑動速度，其磨損更是需要關(guān)注的失效形式。現(xiàn)有鼓形齒聯(lián)軸器存在嚙合質(zhì)量對安裝誤差較為敏感，以及在安裝誤差條件下齒面接觸應力和齒根彎曲應力增大的問題。

高素荷在文獻“用MSC.MARC實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩三段弧鼓形齒聯(lián)軸器應力分析研究.中國重型裝備，2005，(1)：182-184”中，設計了三段弧鼓形齒聯(lián)軸器，并進行了應力分布及接觸狀態(tài)分析，得出了這種鼓形齒聯(lián)軸器可增大外齒軸套與內(nèi)齒圈接觸面積，有效減小其接觸應力。袁偉謹在文獻“三段弧鼓形齒式聯(lián)軸器的研究和設計，礦山機械，2003(12)：79-81”中，分析了三段圓弧鼓形齒聯(lián)軸器既能保證聯(lián)軸器有較高的承載能力，又能保證有較大軸交角，通過外齒齒面設計為三段弧，中間弧段鼓度小，兩端弧度鼓度大，減小了接觸應力，并滿足軸交角的要求。趙世銀文獻“鼓形齒聯(lián)軸器鼓度曲線選型優(yōu)化比較分析.機械傳動，2017(10)：86-91”中，建立了圓弧曲線、橢圓曲線、雙曲線和三段圓弧曲線，分別計算最小間隙、接觸點位置、允許最大軸交角和重合度，結(jié)果表明：三段圓弧曲線可允許軸交角最大且對應接觸點軸向位移量最小。軸交角大于1.3°時，中間位置曲率半徑相同時，三段圓弧對應的齒面法向最小間隙曲線明顯更平緩，嚙合重合度更高。甚至有些學者設想將內(nèi)齒設計為中凸齒形，理論上凸-凸嚙合的鼓形齒聯(lián)軸器能夠增大軸交角的變化范圍，但接觸區(qū)面積減小，齒面接觸應力必然大大提高，顯然是不合理的。發(fā)明人將弧齒錐齒輪和圓弧齒線圓柱齒輪等凹凸齒線點接觸的設計方法引入到鼓形齒聯(lián)軸器中，通過凹凸齒線嚙合提高齒面接觸強度和齒根彎曲強度，進一步探索其在改善誤差敏感性的作用機理。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善鼓形齒聯(lián)軸器對安裝誤差的敏感性，提高齒面接觸應力和齒根彎曲應力，本發(fā)明提出了一種凹凸齒線聯(lián)軸器的設計方法，內(nèi)外齒采用三段拋物變位曲線，以獲得凹凸齒線接觸，中部變位量較小，保證齒面具有較大的接觸應力，兩側(cè)的變位量較大，以增大軸交角，改善誤差敏感性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種凹凸齒線聯(lián)軸器的設計方法，包括以下步驟：

步驟S100：給定外齒左側(cè)、中部和右側(cè)的變位長度和變位量，采用三段拋物線曲線進行徑向變位設計；