鼓形齿联轴器强度计算及分析
高速动车组鼓形齿联轴器压装与退卸工艺参数选择
高速动车组鼓形齿联轴器压装与退卸工艺参数选择
口刘军 口吴坡 口卢峰华 口李毅磊 口王长海
唐山轨道客车有限责任公司 河北唐山０６３０３５
摘要：高速动车组鼓形齿联轴器采用圆锥面过盈连接，通过油压拆装工艺实现其压装与退卸。为保证联轴器压装与
退卸质量，需严格控制油压拆装工艺的压力。以两个简单厚壁圆筒在弹性范围内的过盈连接为计算基础，通过一定的假定
条件，计算出高速动车组鼓形齿轮联轴器压装与退卸的工艺参数，为高速动车组联轴器的油压拆装工艺提供了可靠的技
术保证。 关键词：高速动车组鼓形齿联轴器 油压拆装 工艺参数 中图分类号：ＴＨ１３１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４９９８ｆ２０１３）０６—００６１—０３
高速动车组转向架通过鼓形齿联轴器将牵引电机 的扭矩传递到齿轮箱．从而驱动轮对运动。鼓形齿联轴
器分为电机侧半联轴器和齿轮箱侧半联轴器两部５３－，
分别与电机输出轴和齿轮箱输入轴连接，均为圆锥面 过盈连接。
圆锥面过盈连接与传统的键连接相比较，无论在
运行还是在维护方面．都有较大的优势：圆锥面过盈连 接可承受较大冲击的交变扭矩，通过油压法压装／退
卸，操作简单，多次装拆而不影响连接强度…。
油压压装与退卸工艺利用高压油在配合面之间产
生油楔，形成油膜后再施以轴向力，使配合件发生轴向
位移，直至到达设计要求的位置。从而实现可靠的过盈
连接。但油压拆装工艺也存在一定的弊端，１）若膨胀
压力过高，将导致配合面产生塑性变形；２）若轴向压
力过高，将导致轴头拉毛、轴端连接螺纹损伤等缺陷。
因此，为保证联轴器的压装／退卸质量，需准确控
制膨胀压力和轴向压力。
１ 高速动车组鼓形齿联轴器压装／退卸
１．１ 高速动车组鼓形齿联轴器的结构
高速动车组鼓形齿
联轴器主要由鼓形外齿
套、直齿内齿圈等零件 组成。直齿内齿圈与轴
为圆锥面过盈配合，通 过油压拆装工艺压装到
轴头上：外齿套鼓形齿
与内齿圈内齿相啮合，
某城市轨道交通用联轴器有限元分析
某城市轨道交通用联轴器有限元分析
任智
【摘 要】应用有限元法对某城轨用联轴器进行了分析,得到了各种偏转角度下不同载荷工况联轴器的应力和位移分布以及联轴器的扭转刚度,为城轨用联轴器的自主设计提供了科学依据,具有工程使用价值.
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2017(032)003
【总页数】3页(P1-3)
【关键词】轨道交通;联轴器;轴套扭矩
【作 者】任智
【作者单位】太原重工股份有限公司技术中心,山西太原030024
【正文语种】中 文
【中图分类】U270
近年由于国家政策的引导和相关城市对规划建设轨道交通的积极努力，给铁路装备制造业带来了发展机遇。但国内运行的城轨用鼓形齿联轴器全部依赖进口，我公司轨道交通公司的产品也不例外，因此提高自主研发能力迫在眉睫。
联轴器是列车驱动系统的关键部件，它的主要作用是将电机扭矩有效地传递到齿轮箱中，并且能适应电机输出轴与齿轮箱的输入轴之间产生的较大轴向、径向与角向补偿的复杂工作环境。本项目在熟悉轨道机车工况的前提下，搜集了国内外相关公司的产品资料，并通过调研国外轨道交通联轴器的修复和实际使用情况，最终确定联轴器的结构形式，如图1所示。
该联轴器为鼓形齿联轴器，由齿数相同的内齿圈和外齿轴套及端盖、密封圈等组成。其中，内齿圈齿面为直齿，外齿轴套齿顶和齿面均为圆弧面。外齿轴套齿顶圆半径与内齿圈齿根圆半径相同，即大圆定心。为了能进行转角补偿，内外齿啮合时留有一定的齿侧间隙。联轴器工作时，靠内外齿的啮合传递转矩，并通过鼓形外齿套在直齿的内齿圈摆动,来补偿两传动轴线的相对偏移。
根据该联轴器的结构特点[1-3]，计算分析时选用NX NASTRAN中的8节点六面体单元与4节点四面体单元混合建模的方法建立有限元模型。其中，实体单元总数371 252，节点总数363 037。联轴器主要用来传递扭矩，该联轴器在工作时，两轴将产生相对角位移，内外齿的齿面作周期性轴向相对滑动，而当内齿圈与外齿轴套的轴线夹角发生变化时，两者的接触区域也随之发生变化，这将直接影响联轴器的应力分布状态。本次分析的鼓形齿连轴器最大许用角位移为1.5°。为了能比较全面得了解鼓形联轴器的结构力学性能，分析中，按内齿圈与外齿轴套的轴线夹角成0°、0.5°、1.0°、1.5°几种情形，在最大扭矩10 kN·m以及额定转矩1.5
联轴器 计算
未知驱动探索，专注成就专业
1
联轴器计算
1. 简介
联轴器是一种用于连接两个轴的装置，它可以传递转矩和旋转运动，同时允许两个轴之间存在一定的偏差。在工程领域中，联轴器广泛应用于各种传动装置中，如电机与机械设备的连接。本文将介绍联轴器的计算方法，包括联轴器大小的选择和联轴器的扭矩和转速计算。
2. 联轴器大小的选择
在选择联轴器的大小时，需要考虑以下几个因素：
2.1 转矩传递能力
联轴器的转矩传递能力是选择联轴器大小的关键因素之一。通常，转矩传递能力取决于联轴器的材料和设计。一般来说，联轴器的转矩传递能力应当大于或等于实际工作条件下的转矩需求。 未知驱动探索，专注成就专业
2
2.2 最大转速
联轴器的最大转速也是选择联轴器大小的一个重要考虑因素。最大转速一般由制造商提供。在选择联轴器时，应确保联轴器的最大转速大于或等于实际工作条件下的转速。
2.3 相对运动偏差
联轴器的设计应具备一定的容错能力，以容忍轴之间的相对运动偏差。相对运动偏差包括平行度偏差和轴向偏差。在选择联轴器时，应根据实际应用中的相对运动偏差要求来确定合适的联轴器。
3. 联轴器扭矩和转速计算
联轴器的扭矩和转速是联轴器设计中的重要参数。以下是联轴器扭矩和转速的计算方法：
3.1 扭矩计算
联轴器的扭矩可以通过以下公式计算：
T = (P * 60) / (2 * π * n) 未知驱动探索，专注成就专业
3
其中，T为扭矩（Nm），P为功率（kW），n为转速（rpm），π为圆周率（约等于3.14159）。
3.2 转速计算
联轴器的转速可以通过以下公式计算：
n = (P * 60) / (2 * π * T)
其中，n为转速（rpm），P为功率（kW），T为扭矩（Nm），π为圆周率（约等于3.14159）。
4. 结论
联轴器的计算是联轴器设计中的关键一步。合理选择联轴器大小和计算扭矩、转速可以确保联轴器在工作时具备良好的性能和可靠性。在实际应用中，还需要根据具体情况考虑其他因素，如环境条件和工作寿命等。希望本文介绍的联轴器计算方法能对读者有所帮助。
齿轮联轴器
齿轮联轴器的原理
齿轮联轴器用于联接主轴与减速器的低速轴，这种起重配件联轴器能传递的扭矩最大，而且能补偿两轴线间的微小误差，但不能缓和冲击。起重配件齿轮联轴器的结构如图1所示：
图1齿轮联轴器
1，2：外齿轴套 3，4：内齿圈 5，6：端盖 7，8：密封圈 9：联接螺栓
在两根轴端分别安装外齿轮套1和2，并用键固定在各自的轴上。外齿轮分别与内齿圈3和4啮合。内齿圈的法兰再用螺栓联接。为了减轻由于两轴轴线倾斜和径向位移微小误差的影响，外齿的齿做成球面形，可以自动调位，使齿上的载荷分布得更均匀，同时也减轻轴承的负担。这样，减速机低速轴的扭矩，便通过外齿套、内齿圈、联接螺栓、内齿圈、外齿套传递至主轴。联轴器需注入粘度大而能流动的润滑油脂，对联接齿圈的齿进行润滑。有防止油脂泄漏的密封装置，用端盖5，6分别压住密封圈。内齿圈上有油孔9可以补充润滑脂，用完时用油堵拧紧。
由带有内齿、凸缘的外套筒和带有外齿的内套筒组成的可移式刚性联轴器(见图)。内套筒的轮毂分别与主动轴和从动轴联接；两个外套筒在凸缘外通过螺栓固结在一起。工作时，内齿与外齿作啮合运动。内、外齿多采用压力角为20°的渐开线齿形，齿侧间隙较一般齿轮副大。外齿顶圆母线制成球面，球面中心在齿轮轴线上，因此具有补偿两轴轴线的相对径向、轴向、角度位移的特性。
为了改善齿的接触条件，提高联轴器承载能力，增大两轴的许用相对角位移，可采用鼓形齿，即将外齿齿宽方向上的节圆和根圆由直线改为圆弧，使齿的截面呈鼓形，以减轻或避免由于轴线偏斜带来啮合面的干涉和接触不良。鼓形齿的圆弧度还可由不同曲率半径的圆弧组成，以得到适用不同大小的轴线偏斜的最佳齿形。齿轮联轴器有较多的齿同时工作，外形尺寸小，承载能力大，在高速下工作可靠。薄壳圆筒型中间齿套齿轮联轴器能适应的转速高达 20000转／分。鼓形齿联轴器在高速、重载机械上得到广泛采用，具有无轴向窜动、传动平衡、冲击振动和噪声小等特点，但加工工艺比较复杂，成本较高。
齿啮式卡箍连接件强度计算
齿
啮
式
卡
箍
连
接
件
应
力
计
算依据HG/T 20582-2011
蓝色字体需要输入卡
箍
和
卡
箍
齿
部
应
力
计
算案1案0
序
号项目符号公式或数据来源数值数值单位
总轴向力3822000038220000N
法兰齿外径A设计图纸4886.54886.5mm
法兰齿顶处圆弧半径rL设计图纸2020mm
法兰齿和卡箍齿相接触时的有效外径C1A-2rL4846.54846.5mm
卡箍齿长度CL设计图纸100100mm
卡箍齿顶处圆弧半径r1设计图纸2020mm
卡箍齿有效长度CmCL-r18080mm
卡箍体厚度Ct设计图纸110110mm
卡箍齿内径C3设计图纸4706.54706.5mm
法兰齿和卡箍齿相接触时的有效内径C2C3+2r14746.54746.5mm
钢材的泊松比υ标准给定0.30.3
卡箍高度Cw设计图纸11831243mm
卡箍开口间隙Cg设计图纸783783mm
和卡箍结构尺寸有关的参数β11.818/(Ct(C2+2Cm+Ct))^0.50.0024473560.002447356mm-1
系数K1H(Cm+Ct/2)/(pi*(C2+2Cm+Ct))327396.2962327396.2962
系数K2((1-υ2)/(β1(C2+2Cm+Ct))0.0741213720.074121372
系数K3（Cw-Cg）/2Ct)36.0105184079.141247183
系数K4(C2+2(Cm+Ct))/(C2+2Cm)1.044838481.04483848
系数K51+0.25β1(Cw-Cg)1.2447355891.281445927
卡箍体和卡箍环连接处的边缘力矩M1K1/(K2K3LNK4-K5)267219.836261555.7754N﹒mm
卡箍体的轴向弯曲应力SBC6M1/Ct2132.5057038129.6970787MPa
卡箍体的轴向拉伸应力STCH/(pi(C2+2Cm+Ct)Ct)22.0468886322.04688863MPa
齿轮传动的强度设计计算
齿轮传动的强度设计计算
1 / 8 1. 齿面接触疲劳强度的计算
齿面接触疲劳强度的计算中，由于赫兹应力是齿面间应力的主要指标，故把赫兹应力作为齿面接触应力的计算基础，并用来评价接触强度。齿面接触疲劳强度核算时，根据设计要求可以选择不同的计算公式。用于总体设计和非重要齿轮计算时，可采用简化计算方法；重要齿轮校核时可采用精确计算方法。
分析计算表明，大、小齿轮的接触应力总是相等的。齿面最大接触应力一般出现在小轮单对齿啮合区内界点、节点和大轮单对齿啮合区内界点三个特征点之一。实际使用和实验也证明了这一规律的正确。因此，在齿面接触疲劳强度的计算中，常采用节点的接触应力分析齿轮的接触强度。强度条件为：大、小齿轮在节点处的计算接触应力均不大于其相应的许用接触应力，即：
⑴ 圆柱齿轮的接触疲劳强度计算
1）两圆柱体接触时的接触应力
在载荷作用下，两曲面零件表面理论上为线接触或点接触，考虑到弹性变形，实际为很小的面接触。两圆柱体接触时的接触面尺寸和接触应力可按赫兹公式计算。
两圆柱体接触，接触面为矩形（2axb），最大接触应力σHmax位于接触面宽中线处。计算公式为：
接触面半宽:
最大接触应力:
• F——接触面所受到的载荷
• ρ——综合曲率半径，（正号用于外接触，负号用于内接触）
• E1、E2——两接触体材料的弹性模量
• μ1、μ2——两接触体材料的泊松比 齿轮传动的强度设计计算
2 / 8 2）齿轮啮合时的接触应力
两渐开线圆柱齿轮在任意一处啮合点时接触应力状况，都可以转化为以啮合点处的曲率半径ρ1、ρ2为半径的两圆柱体的接触应力。在整个啮合过程中的最大接触应力即为各啮合点接触应力的最大值。节点附近处的ρ虽然不是最小值，但节点处一般只有一对轮齿啮合，点蚀也往往先在节点附近的齿根表面出现，因此，接触疲劳强度计算通常以节点为最大接触应力计算点。
参数 直齿圆柱齿轮 斜齿圆柱齿轮
节点处的载荷为
联轴器选用计算
联轴器选用计算
一、联轴器各转矩间的关系
我国规定了六种转矩，联轴器的主参数是公称转矩Tn,选用联轴器时各转矩间应符合以下关系（各转矩的定义见表）：
T＜Tc≤Tn≤[T]＜[Tmax]＜Tmax
式中 T——理论转矩，N▪m
Tc——计算转矩，N▪m
Tn——公称转矩，N▪m
[T] ——许用转矩，N▪m
[Tmax]——许用最大转矩，N▪m
Tmax——最大转矩，N▪m
联轴器各转矩的定义
序号 技术参数术语 代号 定义
1 理论转矩 T 未计及实际工况对转矩影响时，联轴器所传递的稳定转矩
2 公称转矩 Tn 根据系列化要求，设计每一规格联轴器所能长期传递的转矩
3 计算转矩 Tc 计及实际工况的影响，作为选择或计算联轴器依据的转矩
4 许用转矩 [T] 根据联轴器中薄弱环节的强度或变形等条件限制而允许长期传递的转矩 5 最大转矩 Tmax 联轴器因瞬时过载所传递的最大转矩
6 许用最大转矩 [Tmax] 联轴器最大转矩的允许值
7 交变疲劳转矩 Tk 联轴器承受长期周期性循环变动的转矩
8 冲击转矩 Ts 在起动或变速时而产生的瞬时最大转矩
9 激振转矩 Ti 产生周期性振幅时的转矩
10 许用转速 [n] 根据联轴器工作平稳、强度等条件的限制允许使用的转矩
11 工况系数 K 由于传动轴系载荷变化和工作环境等，影响联轴器计算转矩对理论转矩的比值
12 动力机系数 Kw 由于动力机类别不同而引起的附加载荷系数
13 起动系数 Kz 由于起动频繁而引起的附加载荷系数
14 温度系数 Kt 考虑在温度影响下非金属弹性元件材料的强度降低系数
15 频率系数 Kf 由于交变疲劳转矩频率的影响系数
16 放大系数 Kv 在振动系统中，采用弹性联轴器时考虑冲击转矩增大时的系数
17 冲击系数 Ks 由于冲击转矩所产生的增大系数
18 质量系数 Kj 在冲击和激振时的质量分布系数
19 许用径向[△y] 联轴器所联两轴，在规定部位上的允许径向相对偏移补偿量 量
齿轮强度计算公式
齿轮强度计算公式(总5页)
第7节 标准斜齿圆柱齿轮的强度计算
一． 齿面接触疲劳强度计算
1. 斜齿轮接触方式
2. 计算公式 校核式：
设计式：
3. 参数取值说明
1) ZE---弹性系数
2) ZH---节点区域系数
3) ---斜齿轮端面重合度
4) ---螺旋角。斜齿轮：=80～250；人字齿轮=200～350
5) 许用应力：[
6) H]=([
7) H1]+[
8) H2])/2[H2]
9) 分度圆直径的初步计算
在设计式中，K等与齿轮尺寸参数有关，故需初步估算：
a) 初取K=Kt
b) 计算dt
c) 修正dt
二． 齿根弯曲疲劳强度计算
1. 轮齿断裂
2. 计算公式校核式：
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--内页可以根据需求调整合适字体及大小-- HtHEHuubdKFZZ11321112HHEdZZuuKTd321112 HHEdttZZuuTKd311ttKKddFnsaFatFbmYYYKF设计式：
3. 参数取值说明
1) YFa、YSa---齿形系数和应力修正系数。Zv=Z/cos3YFa、YFa
2) Y---螺旋角系数。
3) 初步设计计算
在设计式中，K等与齿轮尺寸参数有关，故需初步估算：
d) 初取K=Kt
e) 计算mnt
f) 修正mn
第8节 标准圆锥齿轮传动的强度计算
一． 作用：用于传递相交轴之间的运动和动力。
二． 几何计算
1. 锥齿轮设计计算简化
2. 锥距
3. 齿数比：
u=Z2/Z1=d2/d1=tan?2=cot?1
4. 齿宽中点分度圆直径
dm/d=/R=R
记R=b/R---齿宽系数R=～
dm=?R)d 32121cos2FsaFadnYYzYKTm3ttnnKKmm32121cos2FsaFadtntYYzYTKmn1
鼓形齿联轴器分析
冷轧机板形辊鼓形齿联轴器分析
1.引言
因轧机厚度波动限制轧机产能且经常引发断带问题，经驻北京西马克技术有限公司的技术人员现场诊断处理，确定故障原因为：板形辊与驱动电机之间的鼓形齿联轴器的齿间隙过大引起。
在更换齿间隙较小的鼓形齿联轴器后，通过电气作业区、轧钢作业区反馈的情况看轧机厚度波动状况明显减小。由此，鼓形齿联轴器侧间隙达到多大值时会影响板形辊的转速测定、联轴器侧间隙如何影响板形辊转速，成为需要进一步分析探讨的问题。
2.鼓形齿联轴器的结构及特点
鼓形齿联轴器形状尺寸小、承载能力大、在高速下工作可靠。鼓形齿联轴器广泛应用于冶金、化工、印刷、水泵、风机、运输等机械领域。其显著特点是：一是补偿机能好，因为外齿轴套为鼓形齿，联轴器工作时可避免内外齿棱角接触，两轴轴线角位移在2～3°时也能可靠的工作。二是能承受重载及冲击载荷，在相同角位移情况下能承受更大载荷。三是效率高，可达0.99。四是密封性好，使用可靠，装卸、维护利便。
鼓形齿联轴器由内齿套、外齿轴套、护盖、油封、润滑油孔等组成。见下图：
3.鼓形齿联轴器侧间隙实测
经过详细了解西马克现场服务人员故障排查处理的过程，得知测量辊的鼓形齿联轴器的主要用途是用于传递速度，并非像一般机械设备上的联轴器用于传递扭矩，此处使用的鼓形齿联轴器传递的扭矩在高速稳态时只有0.04kNm，其设计制造精度要求高于普通传递扭矩的联轴器。冷轧机投用以来，由于机械维护人员不了解其它专业相关精度控制的要求，此前机械人员均按传递扭矩联轴器的使用要求和标准进行维护保养。
鼓形齿联轴器的内外齿啮合后必须留有一定的侧间隙，以保证齿轮副的正常工作，避免因安装误差和工作温度升高引起热膨胀变形卡死。同时需要控制其最大侧间隙，以避免变速转动时齿间产生撞击，增大噪音，加剧齿面磨损，影响其寿命。
由于西马克在图纸中没有给出鼓形齿联轴器的齿侧间隙允许误差，也没有给出极限使用侧间隙的值。国内文献检索不到鼓形齿联轴器仅仅作为传递速度的联轴器使用时的相关技术要求。目前，我们只能结合使用情况，通过实测估计极限侧间隙的许用值。
鼓形齿联轴器标准
鼓形齿联轴器标准
鼓形齿联轴器标准
鼓形齿联轴器是一种常见的机械元件，广泛应用于各种机械传动领域。由于鼓形齿联轴器的结构复杂，所以需要有相应的标准来规范其制造和使用。下面从几个方面来介绍鼓形齿联轴器的标准：
一、材料标准
鼓形齿联轴器的主要材料是铸铁、钢和铝合金等。铸铁应符合GB/T
9439-2010的规定，钢应符合GB/T 700-2006的规定，铝合金应符合GB/T 3191-2010的规定。在制造过程中，应对材料进行严格的检验，确保符合要求的材料才能用于制造鼓形齿联轴器。
二、制造标准
鼓形齿联轴器的制造应符合GB/T 10095-2008的规定。在制造过程中，必须严格掌握加工工艺和质量控制标准。此外，还需要定期进行检验，确保产品的质量稳定可靠。
三、安装标准
鼓形齿联轴器的安装应符合GB/T 10096-2008的规定。在安装过程中，应详细阅读说明书，并按照说明书要求操作。此外，还要对整个传动系统进行检验，确保安装完成后的传动系统正常运转。
四、使用标准
鼓形齿联轴器的使用应符合GB/T 1243-2006的规定。在使用过程中，应注意以下几点：
1. 鼓形齿联轴器应避免长时间在高温和潮湿环境中使用，以免影响其使用寿命。
2. 使用过程中，应注意定期检查齿轮和机件的磨损情况，并及时更换磨损件。
3. 鼓形齿联轴器应严格按照负载要求进行使用，以避免因负载过重导致损坏。
通过以上介绍，我们了解了鼓形齿联轴器标准的相关内容。在制造和使用鼓形齿联轴器的过程中，要严格遵守相应的标准，确保其质量稳定可靠，同时也能够延长其使用寿命，为传动系统的稳定运行提供保障。