双曲柄联轴器的设计

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1、一、联轴器的结构特性　　齿式联轴器是由齿数相同的内齿圈和带外齿的凸缘半联轴器等零件组成。外齿分为直齿和鼓形齿两种齿形，所谓鼓形齿即为将外齿制成球面，球面中心在齿轮轴线上，齿侧间隙较一般齿轮大，鼓形齿联轴器可允许较大的角位移（相对于直齿联轴器），可改善齿的接触条件，提高传递转矩的能力，延长使用寿命。有角位移时沿齿宽的接触状态。齿式联轴器在工作时，两轴产生相对角位移，内外齿的齿面周期性作轴向相对滑动，必然形成齿面磨损和功率消耗，因此，齿式联轴器需在有良好和密封的状态下工作。二、联轴器的应用齿式联轴器径向尺寸小，承载能力大，常用于低速重载工况条件的轴系传动，高

2、精度并经动平衡的齿式联轴器可用于高速传动，如燃汽轮机的轴系传动。由于鼓形齿式联轴器角向补偿大于直齿式联轴器，国内外均广泛采用鼓形齿式联轴器，直齿式联轴器属于被淘汰的产品，选用者应尽量不选用。三、　双曲柄联轴器结构原理　　图1所示是一个双曲柄联轴器的运动简图(a)及结构示意图(b)。从运动简图可以看出这是一个双曲柄机构，轮1，3分别与两轴相联，同为双曲柄机构的两个曲柄；轮2为连杆，两轴的径向位移可视作双曲柄机构的机架长。与单万向节联轴器相似，当主动轴匀速转动时，从动轴将作周期性的变速转动，其速度波动取决于两轴的径向位移及各运动尺寸。当两轴严格对中时，恒有ω

3、1=ω3。二、　尺寸综合及运动分析3　性能分析在双曲柄联轴器的尺寸综合中，考虑到联轴器可能的正反转，取两曲柄等长，即LAB=LCD=L，记两轴间距为LAD=d，连杆长为LBC=b(见图2)。由图2的分析可得：传动比i=ω1/ω3＝P13D/P13A，I随速度瞬心P13的位置变化而变化，因此要获得较为稳定的传动比，应使P13尽可能远离A，D。由双曲柄机械的结构条件可知，如b≠d，则曲柄不能与连杆共线，所以P13只能位于AD线段的外侧。当两曲柄分别与机架共线时，P13将位于B1及C2两点，显然，如能避免P13进入B1C2线段，即B1，C2分别为P13的右极限

4、点和左极限点，则可获得最为稳定的传动比。要达到该目的，由图2可知，应使∠DB1C1＝90°和∠AC2B2＝90°，即当b2＝L2-(L-d)2时，该双曲柄机构有最稳定的传动比：1-d/L≤ω1/ω3≤1+d/(L-d)，传动比最大偏差率为ΔImax=ω1/ω3-1=d/(L-d)。如d=0.5mm，L=50mm时，ΔImax=1.01%，可满足一般的传动要求。其传动比i随时间t的变化曲线见图3。如两轴相对偏差较大(d/L≥0.02)，或要求从动轴有较稳定的转速时，可类似双万向联轴器，用两个相同的双曲柄联轴器组合使用，见图4，此时恒有ω1＝ω3。双曲柄联轴

5、器的运动分析图双曲柄联轴器传动比I(t)变化曲线曲线1　d/L=0.02:imax=1.0204;imin=0.9888。　　曲线2　d/L=0.01:imax=1.0101;imin=0.9900。　　曲线3　d/L=0.002:imax=1.0020;imin=0.9980。组合双曲柄联轴器结构简图1　最小传动角　　最小传动角是衡量机构传力性能的重要参数。在双曲柄机构中，最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置。考虑正反转情况和尺寸关系：b2=L2-(L-d)2；b>d,并求得最小传动角为γmin=cos-1(b/L)，如图2所示。当d=0.5mm，L=

6、50mm时，有b=7.05mm，γmin＝81.89°，显然联轴器具有较大的最小传动角，传力性能较佳(可以证明当b2=L2-(L-d)2时，此机构有最大的最小传动角)。2　位移补偿性能　　在双曲柄机构中，当机架长度在一定尺寸范围内变化时，除了传动比波动稍有改变外，对运动的传递并无大碍。因此双曲柄联轴器能较好地适应两轴在安装或运转过程中的径向偏移，尤其在联合采用两个联轴器工作时，可以适应两轴间较大的径向偏移。另外，如在一摆转副处装上调心球轴承(调心球轴承宜装在转动副C处，此处空间结构较为有利，见图1)，还将具有一定的角位移补偿能力，所以双曲柄联轴器可具有较

7、强的综合位移补偿能力，对轴的刚性及对中性要求较低，安装方便。3　平衡与振动性能双曲柄联轴器在结构上可看作是两个相连的实心圆盘，很显然，该两实心圆盘的重心将始终落在两轴轴心A，D处(见图1)，因此在运转过程中，整个联轴器的重心落在AD连线的某点上，即位于机架上，可见偏心轮盘联轴器的平衡减振性能较好，相对来说，可用于较高转速的场合。另外，由双曲柄机构的结构特点可知，代表两轴间距的机架长度发生变化时，除了传动比稍有改变外，对运动的传递并无大碍，所以可采用隔离响应的方法进行隔振，即可通过在主动轴上采用弹性支承的办法，使主动轴在运动过程中产生的横向振动与从动轴隔离

8、开来，但对扭转振动则无法有效隔离。当然，由于在单个双曲柄联轴器中有不可避免的速度