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活齿橡胶板弹性联轴器主要结构参数的确定

摘要 推导了主要结构参数计算式,并在此基础上提出了具体设计方法和步骤。
  关键词 弹性联轴器 活齿 橡胶板 结构参数

1 活齿橡胶板弹性联轴器的结构与应用

  活齿橡胶板弹性联轴器的结构如下图所示。楔形板2(又称活齿)的大端为具有渐开线齿廓的轮齿,并与中间环4上具有倾斜角20o的梯形槽相接触,相当于齿轮与齿条的啮合。楔形板的小端为圆弧形,支撑在右半联轴节6楔形槽内。当联轴器传递转矩时,由于橡胶板的弹性变形,以及楔形板牙齿部分与中间环梯形槽两侧面间的相对滑动,产生的摩擦阻尼作用下,联轴器起到缓冲、吸振作用。该种联轴器结构简单、减振性能好、传递转矩大,特别适用于传递功率和周期性振动较大的机械传动,如活塞压缩机、柴油发电机等。

活齿橡胶板弹性联轴器简图
1.左半联轴节 2.楔形板 3.螺栓 4.中间环
5.挡板 6.右半联轴节 7.橡胶板 8.垫圈 9.螺母

2 活齿橡胶板弹性联轴器粘接强度计算

  活齿与橡胶板、橡胶板与右半联轴节是粘接固定的,当粘接强度不足时,将导致粘接处开缝而失效。由于钢制的活齿与中间环的挤压强度远高于活齿与橡胶板的粘接强度,故其粘接强度是该种联轴器的主要失效形式。由文献提供,活齿橡胶板弹性联轴器的粘接强度条件为

        (1)

式中:σ—最大粘接拉应力,MP;
    Tc—联轴器计算转矩,Nmm,Tc=KtT0;
    T0—联轴器额定转矩,Nmm;
    Kt—载荷系数;
    z—活齿个数;
    a—橡胶板宽度,mm;
    b—橡胶板高度,mm;
    R—活齿分度圆半径,nn;
    l—楔形板回转中心O1距活齿分度圆的径向距离,mm;
    Pt—活齿所受圆周力,N;

  [σ粘]—许用粘接拉应力,MPa。
将Tc=KtT0及Pt=KtT0/(zR)代入式(1),整理得

       (2)

  根据设计经验,橡胶板的尺寸a、b及相关尺寸l与活齿分度圆半径R具有下列关系:

a=0.31R; b=0.44R; l=0.26R       (3)

将上述关系式代入式(2),整理得式

     。4)

  式(4)即为活齿橡胶板弹性联轴器满足粘接强度时活齿分度圆半径计算式。分度圆半径求出后,可按下式计算加工单个活齿时,原整个毛坯齿轮的模数和齿数

mz'/2=R      (5)

式中:m—活齿或毛坯齿轮的模数,mm;
   z'—整个毛坯齿轮的齿数。
   将求得的R值代入式(3),则a、b、l可求。

3 活齿橡胶板弹性联轴器减振能力计算

  活齿橡胶板弹性联轴器具有较好的减振性能,工作时可降低工作机的载荷,提高工作机的使用寿命,而联轴器的减振能力与其刚度C有关,由文献知,当给定动力放大系数Kd时,联轴器的刚度须满足如下关系式:

      (6)

式中:n—联轴器的转速,r/min;
   I1—主动轴上的等效转动惯量,Nms2;
   I2—从动轴上的等效转动惯量,Nms2。
   由文献知,活齿橡胶板弹性联轴器的刚度为

      (7)

式中:K—橡胶板形状系数;
    G—橡胶板材料剪切弹性模量,MPa;
    h—橡胶板厚度,mm。
将式(7)代入式(6),整理得

     (8)

  式(8)即为活齿橡胶板弹性联轴器满足一定减振要求时,橡胶板最小厚度的计算式。

4 活齿橡胶板弹性联轴器主要结构参数计算步骤

  活齿橡胶板弹性联轴器在满足粘接强度的同时,必须满足给定的减振能力要求,其主要参数的确定可按下述步骤进行:
   1)由粘接强度条件式(4),计算活齿分度圆半径R,并进一步确定活齿的模数m。
   2)由R及式(3)确定橡胶板宽度a、高度b及相关尺寸l。
   3)根据给定的减振要求(Kd),及已求得的R、a、b、l等参数,由式(8)计算橡胶板的厚度h。

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