冶金机械鼓形齿接轴联轴器减振设计

赵 强

（天津冶金轧一华信制钢有限公司，天津 300383）

在冶金重工机械设备主传动系统中，一般应用鼓形齿接轴联轴器作为传动系统的连接装置，承担电能转变为机械能的重任。在重工机械主传动装置不断运动的过程中，鼓形齿接轴联轴器会随着主传动系统的运动发生震动，这种震动不仅影响鼓形齿接轴联轴器的使用寿命，而且还会影响主传动系统配件的精密度，影响主传动系统的功能。研究冶金鼓形齿接轴联轴器的减震设计对于延长鼓形齿接轴联轴器的使用寿命，减少主传动系统的故障有着重要的意义。因此，本文对这一课题进行了研究。

1 冶金机械鼓形齿接轴联轴器及其振动

冶金机械鼓形齿接轴联轴器一般用于冶金机械设备的主传动系统。冶金机械的主传动系统的主要装置包括电动机、鼓形齿接轴、齿式联轴器、齿轮机座、主传动减速机、电机联轴器、轧辊等。鼓形齿接轴联轴器用于连接运动轴和主动轴，它在冶金机械运动过程中传递扭矩。使运动轴和驱动轴同时旋转。鼓形齿接轴联轴器是一个合理荷载较大的多齿接触连接器，它由联轴器、内齿圈组成。同一鼓形齿接轴联轴器的内齿圈和联轴器齿数相同，其齿面疲劳磨损或震动磨损将直接影响冶金机械的传动频率。冶金机械主传动系统在长期外载荷作用下，随着载荷的增加，转轴的扭矩增大，鼓形齿接轴联轴器在长期外力荷载下就会发生疲劳性损伤，导致使用寿命缩短。在冶金机械鼓形齿接轴联轴器设计中，一般用“扭矩放大系数（TAF）”来评定机械传动系统对某一个外加载荷的响应。扭矩放大系数的计算公式为：TAF=。在鼓形齿接轴联轴器的施工设计中，允许较大的角位移。因此，通过良好的轮齿接触条件，可以提高传递扭矩的能力，减轻主传动系统运动中振动引起的新的疲劳损伤，从而延长冶金机械鼓形齿接轴联轴器的使用寿命[1-3]。

2 影响冶金机械鼓形齿接轴联轴器产生振动的因素

鼓形齿接轴联轴器在匀速低速运动的条件下，鼓形齿接轴联轴器的振幅基本稳定，当轴转动较快时，传动速度的提高会增加鼓形齿接轴联轴器的外载荷，从而产生齿轮啮合间隙，这一点在转速增加的情况下更为明显。间隙的产生会影响振动源的产生，导致鼓形齿接轴联轴器在运动中产生不同程度的振动。

2.1 鼓形齿接轴中心线偏差

鼓形齿接轴中心线偏差表示主动轴、动轴两轴未在同一中心线，两轴为不对中状态。不对中状态是影响鼓形齿接轴联轴器发生振动的因素之一。这种问题会造成接轴部位发生倾斜角，根据鼓形齿接轴联轴器的运动原理，在运动状态下，齿圈顶部与轮齿接触处会产生间隙，鼓形齿轮联轴器主动旋转时会产生不规则振荡。

2.2 齿轮箱啮齿啮合频率

齿轮箱连接轴承座和接轴。在传动系统中，传动扭矩随主轴的旋转而驱动齿轮箱，当啮合频率加倍，且传动频率有缺陷时，频谱图的扭矩就会不稳定，因此会加剧震动的发生。一般来说，当渐开线沿齿廓齿轮节点的单齿啮合时，当两轴速比同时存在时，啮合频率不一致。在这种情况下，鼓形齿接轴联轴器不会传递扭矩，但会增加鼓形齿轮联轴器的振动。

2.3 连接轴角速度

连接轴的角速度与该轴端齿轮齿数的乘积所构成的激振频率也是振源影响因素之一。连接轴在转动的情况下，角速度始终是不变的，而线速度与鼓形齿接轴联轴器的半径有关系。当半径越大时，线速度相对越小，而半径越小时，角速度与线速度越接近。当连接轴角速度增大时，主传动系统的电动机、主轴之间的张力就会增加，张力越大，鼓形齿接轴联轴器在运动状态下所受的振动就会越大。同时，连接轴的角速度对于鼓形齿接轴联轴器产生的振动并非持续性的，而是与主传动系统的转速有关。

3 冶金机械鼓形齿接轴联轴器的减震设计

鼓形齿接轴联轴器的设计标准执行GB5782-86、GB27-88。鼓形齿接轴联轴器的振动与传动扭矩有着紧密的联系，其中，中心管和内外齿是影响传递扭矩的重要因素。在监控冶金机械运动时，当电机与减速机之间的间距过长时，应将中心管作为传递扭矩的装置连接起来。设计鼓形齿接轴联轴器可通过增大角位移来改善齿轮与轴连器的基本条件，增强传递扭矩，减速鼓形齿接轴联轴器的疲劳损伤。上述方法均能有效地缓解冶金机械鼓形齿接轴联轴器在运动和旋转状态下的振动。

3.1 加强结构设计改造

在鼓形齿轮联轴器结构设计中，应加强平衡设计。对接轴应采用十字结构形式设计。应加强主动轴和活动轴的配重设计，减少两轴的偏差，以减少鼓形齿轮联轴器的振动[4]。

3.2 加强定齿精度设计

鼓形齿接轴联轴器的定齿精度是主传动系统运动过程中影响齿圈与联轴器发生顶部间隙和侧间隙的主要原因，因此，在设计中应加强齿轮的尺寸、固定齿的位置和联轴器的精度控制。

3.3 上下轴连接同位设计

上下轴的协调设计是确保鼓形齿接轴联轴器周长与间隙紧密结合的关键。上下轴同位设计可以减小圆周与孔的位置偏差，从而减少振动的发生。

3.4 设计接轴保持器

接轴保持器可以改变鼓形齿接轴联轴器不对中的问题，减少鼓形齿接轴联轴器在运动中下落引起的振动。

3.5 周与孔的设计

周与孔要严格按照设计标准选择尺寸，确保绝对的精度。

3.6 中心管设计

鼓形齿接轴联轴器其传递扭矩受中心管的因素较大。一般中心管越长，扭矩就会越小。因此要合理的设计中心管长度。中心管长度设计可多次调整，以联轴器的动态平衡试验为依据，达到平衡状态即可。

3.7 联轴器转速、负荷、转矩、轴端直径的选定

以传递公称转矩710-1000000N·m，齿较补偿量≤1的轴连器为例，轴连器转矩计算公式为：Tc=kT=k·≤TnN·m，其中Tc表示计算转矩，T表示理论转矩，Tn表示公称转矩，Pw表示驱动功率，n表示工作转速，k表示工作状系数。其中工况系数为1～1.5时，表示荷载较为均匀，工况系数为1.5～2.5时，表示荷载冲击和冲击荷载中等，工况系数大于2.5时，荷载冲击和冲击荷载较大。计算出转矩后，在结合冶金机械鼓形齿接轴联轴器设计的转速选择鼓形齿接轴联轴器的型号。

3.8 基本参数和尺寸的选定

鼓形齿接轴联轴器尺寸的设计可以参考鼓形表。以12号鼓形齿接轴联轴器为例，其尺寸可选择B=406；Ly=252；Cy=8；D=448；D1=370；D2=286；d=150。主要参数设计可通过计算、查表获取。冶金机械某12号的鼓形齿接轴联轴器主动端为Y型轴孔，动端为Y型轴孔，轴连器为150×252，主要参数规格设计如下：模数参数为6cm，齿数52，分度圆压力角为20°，外齿轴套宽度为50cm，作用力至根圆距离为1.5m，刀具位移圆半径为121mm。

4 结论

综上所述，冶金机械鼓形齿接轴联轴器对于精度要求较高，其装配尺寸、结构、两轴之间的位置等精度偏差都会影响鼓形齿接轴联轴器在动态运行时发生振动，并且，在工作环境中，由于冶金机械装配件温度的影响，导致偏差增大，加剧了鼓形齿接轴联轴器震动程度，加剧其运行中的磨损。因此，冶金机械鼓形齿接轴联轴器设计中要重点加强结构设计的进度控制，减小精度偏差。对于不同材质的鼓形齿接轴联轴器，还应有针对性的分析振动对接轴联轴器的影响。根据其材质特性，控制精度偏差，不断的调整设备偏差和齿轮中心线，使接轴联轴器运动更加标准平衡，达到减震的目的。