冶金機械鼓形齒接軸聯軸器減振設計

趙 強

（天津冶金軋一華信制鋼有限公司，天津 300383）

在冶金重工機械設備主傳動系統中，一般應用鼓形齒接軸聯軸器作為傳動系統的連接裝置，承擔電能轉變為機械能的重任。在重工機械主傳動裝置不斷運動的過程中，鼓形齒接軸聯軸器會隨著主傳動系統的運動發生震動，這種震動不僅影響鼓形齒接軸聯軸器的使用壽命，而且還會影響主傳動系統配件的精密度，影響主傳動系統的功能。研究冶金鼓形齒接軸聯軸器的減震設計對于延長鼓形齒接軸聯軸器的使用壽命，減少主傳動系統的故障有著重要的意義。因此，本文對這一課題進行了研究。

1 冶金機械鼓形齒接軸聯軸器及其振動

冶金機械鼓形齒接軸聯軸器一般用于冶金機械設備的主傳動系統。冶金機械的主傳動系統的主要裝置包括電動機、鼓形齒接軸、齒式聯軸器、齒輪機座、主傳動減速機、電機聯軸器、軋輥等。鼓形齒接軸聯軸器用于連接運動軸和主動軸，它在冶金機械運動過程中傳遞扭矩。使運動軸和驅動軸同時旋轉。鼓形齒接軸聯軸器是一個合理荷載較大的多齒接觸連接器，它由聯軸器、內齒圈組成。同一鼓形齒接軸聯軸器的內齒圈和聯軸器齒數相同，其齒面疲勞磨損或震動磨損將直接影響冶金機械的傳動頻率。冶金機械主傳動系統在長期外載荷作用下，隨著載荷的增加，轉軸的扭矩增大，鼓形齒接軸聯軸器在長期外力荷載下就會發生疲勞性損傷，導致使用壽命縮短。在冶金機械鼓形齒接軸聯軸器設計中，一般用“扭矩放大系數（TAF）”來評定機械傳動系統對某一個外加載荷的響應。扭矩放大系數的計算公式為：TAF=。在鼓形齒接軸聯軸器的施工設計中，允許較大的角位移。因此，通過良好的輪齒接觸條件，可以提高傳遞扭矩的能力，減輕主傳動系統運動中振動引起的新的疲勞損傷，從而延長冶金機械鼓形齒接軸聯軸器的使用壽命[1-3]。

2 影響冶金機械鼓形齒接軸聯軸器產生振動的因素

鼓形齒接軸聯軸器在勻速低速運動的條件下，鼓形齒接軸聯軸器的振幅基本穩定，當軸轉動較快時，傳動速度的提高會增加鼓形齒接軸聯軸器的外載荷，從而產生齒輪嚙合間隙，這一點在轉速增加的情況下更為明顯。間隙的產生會影響振動源的產生，導致鼓形齒接軸聯軸器在運動中產生不同程度的振動。

2.1 鼓形齒接軸中心線偏差

鼓形齒接軸中心線偏差表示主動軸、動軸兩軸未在同一中心線，兩軸為不對中狀態。不對中狀態是影響鼓形齒接軸聯軸器發生振動的因素之一。這種問題會造成接軸部位發生傾斜角，根據鼓形齒接軸聯軸器的運動原理，在運動狀態下，齒圈頂部與輪齒接觸處會產生間隙，鼓形齒輪聯軸器主動旋轉時會產生不規則振蕩。

2.2 齒輪箱嚙齒嚙合頻率

齒輪箱連接軸承座和接軸。在傳動系統中，傳動扭矩隨主軸的旋轉而驅動齒輪箱，當嚙合頻率加倍，且傳動頻率有缺陷時，頻譜圖的扭矩就會不穩定，因此會加劇震動的發生。一般來說，當漸開線沿齒廓齒輪節點的單齒嚙合時，當兩軸速比同時存在時，嚙合頻率不一致。在這種情況下，鼓形齒接軸聯軸器不會傳遞扭矩，但會增加鼓形齒輪聯軸器的振動。

2.3 連接軸角速度

連接軸的角速度與該軸端齒輪齒數的乘積所構成的激振頻率也是振源影響因素之一。連接軸在轉動的情況下，角速度始終是不變的，而線速度與鼓形齒接軸聯軸器的半徑有關系。當半徑越大時，線速度相對越小，而半徑越小時，角速度與線速度越接近。當連接軸角速度增大時，主傳動系統的電動機、主軸之間的張力就會增加，張力越大，鼓形齒接軸聯軸器在運動狀態下所受的振動就會越大。同時，連接軸的角速度對于鼓形齒接軸聯軸器產生的振動并非持續性的，而是與主傳動系統的轉速有關。

3 冶金機械鼓形齒接軸聯軸器的減震設計

鼓形齒接軸聯軸器的設計標準執行GB5782-86、GB27-88。鼓形齒接軸聯軸器的振動與傳動扭矩有著緊密的聯系，其中，中心管和內外齒是影響傳遞扭矩的重要因素。在監控冶金機械運動時，當電機與減速機之間的間距過長時，應將中心管作為傳遞扭矩的裝置連接起來。設計鼓形齒接軸聯軸器可通過增大角位移來改善齒輪與軸連器的基本條件，增強傳遞扭矩，減速鼓形齒接軸聯軸器的疲勞損傷。上述方法均能有效地緩解冶金機械鼓形齒接軸聯軸器在運動和旋轉狀態下的振動。

3.1 加強結構設計改造

在鼓形齒輪聯軸器結構設計中，應加強平衡設計。對接軸應采用十字結構形式設計。應加強主動軸和活動軸的配重設計，減少兩軸的偏差，以減少鼓形齒輪聯軸器的振動[4]。

3.2 加強定齒精度設計

鼓形齒接軸聯軸器的定齒精度是主傳動系統運動過程中影響齒圈與聯軸器發生頂部間隙和側間隙的主要原因，因此，在設計中應加強齒輪的尺寸、固定齒的位置和聯軸器的精度控制。

3.3 上下軸連接同位設計

上下軸的協調設計是確保鼓形齒接軸聯軸器周長與間隙緊密結合的關鍵。上下軸同位設計可以減小圓周與孔的位置偏差，從而減少振動的發生。

3.4 設計接軸保持器

接軸保持器可以改變鼓形齒接軸聯軸器不對中的問題，減少鼓形齒接軸聯軸器在運動中下落引起的振動。

3.5 周與孔的設計

周與孔要嚴格按照設計標準選擇尺寸，確保絕對的精度。

3.6 中心管設計

鼓形齒接軸聯軸器其傳遞扭矩受中心管的因素較大。一般中心管越長，扭矩就會越小。因此要合理的設計中心管長度。中心管長度設計可多次調整，以聯軸器的動態平衡試驗為依據，達到平衡狀態即可。

3.7 聯軸器轉速、負荷、轉矩、軸端直徑的選定

以傳遞公稱轉矩710-1000000N·m，齒較補償量≤1的軸連器為例，軸連器轉矩計算公式為：Tc=kT=k·≤TnN·m，其中Tc表示計算轉矩，T表示理論轉矩，Tn表示公稱轉矩，Pw表示驅動功率，n表示工作轉速，k表示工作狀系數。其中工況系數為1～1.5時，表示荷載較為均勻，工況系數為1.5～2.5時，表示荷載沖擊和沖擊荷載中等，工況系數大于2.5時，荷載沖擊和沖擊荷載較大。計算出轉矩后，在結合冶金機械鼓形齒接軸聯軸器設計的轉速選擇鼓形齒接軸聯軸器的型號。

3.8 基本參數和尺寸的選定

鼓形齒接軸聯軸器尺寸的設計可以參考鼓形表。以12號鼓形齒接軸聯軸器為例，其尺寸可選擇B=406；Ly=252；Cy=8；D=448；D1=370；D2=286；d=150。主要參數設計可通過計算、查表獲取。冶金機械某12號的鼓形齒接軸聯軸器主動端為Y型軸孔，動端為Y型軸孔，軸連器為150×252，主要參數規格設計如下：模數參數為6cm，齒數52，分度圓壓力角為20°，外齒軸套寬度為50cm，作用力至根圓距離為1.5m，刀具位移圓半徑為121mm。

4 結論

綜上所述，冶金機械鼓形齒接軸聯軸器對于精度要求較高，其裝配尺寸、結構、兩軸之間的位置等精度偏差都會影響鼓形齒接軸聯軸器在動態運行時發生振動，并且，在工作環境中，由于冶金機械裝配件溫度的影響，導致偏差增大，加劇了鼓形齒接軸聯軸器震動程度，加劇其運行中的磨損。因此，冶金機械鼓形齒接軸聯軸器設計中要重點加強結構設計的進度控制，減小精度偏差。對于不同材質的鼓形齒接軸聯軸器，還應有針對性的分析振動對接軸聯軸器的影響。根據其材質特性，控制精度偏差，不斷的調整設備偏差和齒輪中心線，使接軸聯軸器運動更加標準平衡，達到減震的目的。