一种高精度鼓形齿设计

一种高精度鼓形齿联轴器的设计方法本文主要针对提高产品的技术含量方面来提高产品质量。通过提高产品的技术含量，从而提高产品性能，最终达到提高产品质量的目的。一、现状分析鼓形齿的精度状况不容乐观，高精度鼓形齿联轴器势在必行。1.在2011年出厂的1310301印度JSL项目和1310503法国3.4m两个项目，由于是外贸项目，需要检测到齿部精度。检测结果，全线鼓形齿联轴器、接轴几乎全部未达到图纸要求的8级精度。2.目前鼓形齿的中性齿和硬齿面，设计要求精度为8级，等级略低。受精度等级低等因素的影响，也仅仅只能应用在冶金等粗犷型领域。二、设计方法高精度鼓形齿联轴器技术特性：齿面硬度为硬齿面HRc58～62，精度等级为6级，精加工要求为磨齿，内外齿均需磨削加工。对比目前常规的鼓形齿：齿硬齿面HB269～321，精度等级为8级，精加工要求为铣齿，相配内齿为插齿。下面为具体的设计方法。用到的例子为2213222石桥2.5MW风机联轴器，图纸入库时间2013年3月，目前已出产。1.应力计算下表为应力计算书高精度鼓形齿联轴器设计强度计算1.工况参数最大扭矩Tmax3352KNm疲劳扭矩Tm2290KNm偏转角δ0.5°影响系数k0.75442.齿部参数压力角α20°模数m20mm齿数z64分度圆直径d1280mm齿宽b80mm宽径比(参考)b/d0.06253.齿部应力计算结果接触应力σHmax272.23Mpa弯曲应力☆σumax778.2Mpa要点说明：对齿部应力起决定性影响的参数为齿根弯曲应力σFmax。而传统的鼓形齿的应力判别方法为齿面接触应力（见下表）。这是强度设计的重点。下表为传统鼓形齿的应力计算书，参考项目法国3400。传统鼓形齿设计对比：“法国3400”1.工况参数最大扭矩Tmax20KNm偏转角δ1°影响系数k0.60542.齿部参数压力角α20°模数m4mm齿数z57分度圆直径d228mm齿宽b40mm宽径比(参考)b/d0.17543.齿部应力接触应力σH312.24Mpa弯曲应力（参考）σF78.554Mpa2.几何计算1)齿部的几何计算书几何计算设计输入1偏转角δ0.5°2最大扭矩Tmax3352KNm3齿向修形量0.4mm设计执行1齿宽b80mm2模数m203齿数z644齿侧面曲率半径ρ2291.948mm5侧隙Sfδ0.141828mmSfc0.25mmSfk0.391828mm6侧隙分配原则内外齿平均分配受磨齿工艺影响，齿向修形最大量推荐不超过0.4mm。修形量见下图。下图为沿齿向在分度圆处的单齿截面。2)刀具的几何计算书常规的鼓形齿设计没有刀具设计，而高精度鼓形齿必须使用专用刀具进行加工。具体原因如下专用刀具设计原因：由上图知，端面齿部的齿厚比中心齿部减薄了0.4mm×2=0.8mm。磨齿不磨削齿根，因此在端面齿部的齿根和齿面交接处留下了0.4mm的凸台（详见“民Ncr62060313060104”）。根据有限元分析结果可以看出，凸台处为应力集中区。解决凸台，就必须进行刀具设计。此处刀具是指半精加工用的刀具。齿根有凸台的应力分析消除齿根凸台之后的应力分析专用刀具的设计：要点说明：刀具的设计方法采用图解法，见下图。参考项目：S50ME-C曲轴齿轮C2311462.000.00。3.三维建模精加工磨齿之后，在端面处齿面与齿根趋于相切。见下图。4.输出工程图参考项目二：S50ME-C曲轴齿轮参考项目一：法国3400电机联轴器