鼓形齿联轴器的设计

目 录前言…………………………………………………………………………… 绪论…………………………………………………………………………… 第一章 概述…………………………………………………………………1.1 联轴器的功用…………………………………………………………………………1.2 联轴器的特点………………………………………………………………………… 第二章 选择联轴器的类型…………………………………………………2.1 联轴器的分类…………………………………………………………………………2.2 选择联轴器应考虑的因素………………………………………………………… 2.3 鼓形齿联轴器的特点…………………………………………………………………2.4 ZWG 型鼓形齿联轴器………………………………………………………………… 第三章 ZWG型鼓形齿联轴器的尺寸给定…………………………………………3.1 型式、基本参数和主要尺寸…………………………………………………………3.2 其型式、基本参数和主要尺寸应符合规定……………………………………………… 第四章 鼓形齿联轴器的强度………………………………………………… 第五章 CAD/CAM 建模及数控编程……………………………………………5.1 走刀轨迹及程序……………………………………………………………………… 第六章 结论与展望……………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………… 致谢……………………………………………………………………………33 37 35 30 26 26 14 14 11 4 6 3 3 3 4 16 2 20 18 18 18 32 3 34常州工学院鼓形齿联轴器的设计前言三年的大学生涯即将结束，最后的学习任务就是毕业设计。

设计就是根据任务书将学习到的基础知识、 专业理论知识和实践知识相结合应用 的过程，也是我们回顾、总结这三年所学知识的过程。

前面再加上“毕业”这两字， 它的能力要求就更高了。

这次毕业设计的课题是厚板轧机联轴器，这是为了特定的要 求而进行的，尽管设计的难度很大，但掌握相关机械设计的基本理论和正确的方法是 我学们专业的学生理所应该具备的能力。

随着我国经济的发展，大直径轧管机需求增加，其主传动使用联轴器的要求也越 来越高，满足该要求的联轴器有十字式万向联轴器和大转矩鼓形齿式联轴器，其中十 字式万向联轴器转矩可以达到，但承载冲击性能差、寿命短，这是一个很大的缺点； 大转矩鼓形齿式联轴器承载冲击性能好，但齿面接触应力和齿根弯曲疲劳强度要求 高，如果我们采取特殊结构、特殊材料、特殊工艺，那么该联轴器就能够满足大直径 轧管机的要求。

目前国内轧机用的标准联轴器无法满足要求，只达到需求转递转矩的 1/2～1/3，国外联轴器专业制造商可以满足要求，但由于它采用专门的技术，再加上 制造难度大，所以价格特别昂贵。

一台轧管机需要 10 套左右，再加上备件外购费用 很大。

2000 年太原重工成功的为 φ159 轧管机组设计出了大转矩三段弧形齿式联轴 器，制造费用只有进口价的1/4～1/5（16.7 万元/每套）。

根据设计任务书我查阅了相关的资料，并对其进行汇总、整理、综合。

然后进行 联轴器的选用及计算、齿接触应力、弯曲强度和铰孔螺栓的剪切强度校核。

在给定了 相关设计零件的尺寸后，用AUTOCAD进行设计和绘制全部零件（内齿圈、端盖、外齿 轴套等）的平面图和装配图，并安排合理的技术要求，给出一些匹配零件。

最后是零 件的CAD/CAM建模及编程。

经过以上这些工作之后，联轴器的设计就完成了。

作为一种传动装置的鼓形齿联轴器是由普通直齿联轴器发展演变而来的， 鼓形齿联轴 器在国外许多先进的工业国家已有种种标准及系列产品， 由两个鼓形外齿套与一对直 齿内齿齿圈等零件组成。

靠内，外齿的啮合传递转矩，并通鼓形外齿套的直齿的内齿 圈的轴线摆动（称角向位移）来补偿俩传动轴线的相对偏移。

齿长方向的鼓度越大， 其角向位移越大，最大达 6°,一般使用推荐 1°～1.5°，而旧的齿轮联轴器只允许 0.5°；从弯曲强度和承载能力来看，在相同的工作条件下鼓形齿联轴器传递扭矩可 提高15～20%。

齿长方向的鼓度，使齿对接触情况较好，因此鼓形齿式联轴器有传动 能力大、角位移大、传动平稳、效率高、寿命长等优点。

因此逐步取代直齿联轴器， 并广泛用于冶金机械，重型、矿山机械，起重、运输机械等传动。

鼓形齿联轴器的设计绪论鼓形齿联轴器，具有结构紧凑、回转半径小、传递转矩大和较大的角向补偿量等 特点。

其中传递转矩与 CL 系列直齿联轴器相比提高 50%以上，是一种先进的鼓形齿 式联轴器。

第一章 概述1.1 联轴器的功用联轴器（COUPLING）是联接两轴或轴和回转件、在传递运动和动力过程中一起回 转而不脱开的一种装置，是机械设备传动轴系中应用量大、面广的通用部件。

用于冶金、重型、矿山、工程、石油、化工、船舶、交通、起重运输、通用、纺 织、轻工、农业、印刷机械和水泵、风机、机床等机械设备传动轴系中的联轴器，主 要功能有传递扭矩；而应用于精密机械以及某些操纵、控制机构的联轴器，主要功能 则是传递精确的运动。

在传动轴系中机械振动、冲击、轴线偏差等不利因素，只有通过联轴器才能得到 改善和补偿，由此可见联轴器在传动轴系中的重要作用。

科学的设计、合理的选用联 轴器，不仅能延长联轴器的使用寿命，而且能改善传动轴系工作性能，保证传动轴系 正常工作。

联轴器是机械通用基础部件， 品种、 型式很多。

但任何联轴器都不可能是万能的， 每一个品种、型式（包括不同元件材质和结构形状）的联轴器都有其适用范围，选用 时应予注意。

1.2 联轴器的特点各种工况联轴器的结构形式很多，在选择品种、型号、规格前，应考虑联轴器用 于何条件。

如工作环境的温度、湿度；是否有粉尘、油、酸、碱等物质、并根据不同 的工况条件和环境选用不同材质，同时工况条件还应考虑启动是否频繁。

由于制造和安装不可能绝对精确，以及工作受载时基础、机架和其它部件的弹性 变形与温差变形，联轴器所联接的两轴线不可避免的要产生相对偏移。

两轴相对偏 移的出现，将在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷，甚至出现剧烈振动。

因此，联轴 器还应具有一定的补偿两轴偏移的能力， 以消除或降低被联两轴相对偏移引起的附加 载荷，改善传动性能，延长机器寿命。

为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰 载荷，联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。

考虑载荷性质、联接方式是选择联轴器类别的重要因素；选用和设计联轴器都应 以联轴器的传递扭矩作为主要参数来考虑。

常州工学院第二章 选择联轴器的类型2.1 联轴器的分类根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联 轴器特性，一种合用的联轴器类型。

具体选择有以下几种：2.1.1 刚性联轴器刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能； 但结构简单，价格便宜。

只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移 极小的情况下，才可选用刚性联轴器。

这类联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等。

图 2-1（a）是普通的凸缘联轴器， 通常是靠铰制孔用螺栓来实现两轴对中；图 2-1（b）是有对中样的凸缘联轴器，凸 缘联轴器可作成带防护边的（图 2- 1(c)）。

由于凸缘联轴器属于刚性联轴器，对所 联两轴间的相对位移缺乏补偿能力．对两轴对中性的要求很高。

当两轴有相对位移存 在时，就会在机件内引起附加载荷。

但由于构造简单、成本低、可传递较大转矩，故 当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时亦常采用。

图 2-1 凸缘联轴器2.1.2 挠性联轴器这种联轴器具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力， 最大量随型号不同而 异。

1.无弹性元件的挠性联轴器无弹性元件的挠性联轴器承载能力大，但也不具有缓冲性能，在高速或转速不稳 定或经常正、反转时，有冲击噪声。

适用于低速、重载、转速平稳的场合。

a.十字滑块联轴器鼓形齿联轴器的设计这类联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。

但因无弹性元件，故不能缓 冲减振。

常用的有以下几种：（1）十字滑块联轴器如图2-2 所示，十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器1、3和一 个两面带。

图 2-2 十字滑块联轴器这种联轴器零件的材料可用 45 号钢，工作表面须进行热处理，以提高其硬度； 要求较低时也可用 Q275 钢，不进行热处理。

为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间 盘的油孔中注油进行润滑。

因为半联轴器与中间盘组成移动副，不能发生相对转动，故主动轴与从动轴的角 速度应相等。

但在两轴间有相对位移的情况下工作时； 中间盘就会产生很大的离心力， 从而增大动载荷及磨损。

因此选用时应注意其工作转速不得大于规定值。

这种联轴器一般用于转速 n＜250 r／min，轴的刚度较大，且无剧烈冲击处。

效 率η=1-（3　5）fy/d，这里 f为摩擦系数，一般取为0.12　0.25；y 为联轴间径向 位移量0.5mm；d为轴径0.125mm。

b. 滑块联轴器滑块联轴器（图2-3）与十字滑块联轴器相似，只是两边半联轴器上的沟槽很宽， 并把原来的中间盘改为两面不带凸牙的方形滑块，且通常用夫布胶水制成。

由于中间 滑块的质量减小， 又具有弹性， 故允许较高的极限转速。

中间滑块也可用尼龙6制成， 并在配制时加入少量的石墨或二硫化铝，以便在使用时可以自行润滑。

这种联油器结 构简单；尺寸紧凑，适用于小功率、高转速而无剧烈冲击处。

常州工学院图 2-3 滑块联轴器c.十字轴式万向联轴器如图 2-4（a）所示，它由两个叉形接头 1、3，一个中间联接件 2 和轴销 4（包 括销套及铆钉）、5 所组成；轴销 4 与 5 互相垂直配置并分别把两个叉形接头与中间 件2联接起来。

这样，就构成了一个可动的联接。

这种联轴器可以允许两轴间有较大 的夹角（夹角a最大可达35°～45°），而且在机器运转时，夹角发生改变仍可正常 传动；但当a过大时，传动效率会显著降低。

2-4 十字轴式万向联轴器这种联轴器的缺点是：当主动轴角速度。

l 为常数时，从动轴的角速度。

并不 是常数，而是在一定范围内（ω1cosα≤ω3≤ω1cosα）变化，因而在传动中将产 生附加动载荷。

为了改善这种情况，常将十字轴式万向联轴器成对使用（图2-4b），鼓形齿联轴器的设计但应注意多装时必须保证O1轴、O3轴与中间轴之间的夹角相等，并且中间轴的两端 的叉形接头应在同一平面内（图2-5)。

只有这种双万向联轴器才可以得到ω3=ω1。