鼓形齿式联轴器接触理论研究综述

管永强; 王建梅; 宁可; 王博

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.023

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鼓形齿式联轴器接触理论研究综述

综述 | 更新时间：2023-09-18

- 鼓形齿式联轴器接触理论研究综述
- Overview of Crown Gear Coupling Contact Theory
- 机械传动 2023年47卷第9期页码：170-176
- 作者机构：
  
  太原科技大学重型机械教育部工程研究中心，山西太原 030024
- 作者简介：
  
  管永强（1995— ），男，河南三门峡人，博士研究生；主要研究方向为高端动力传动技术；1921993472@qq.com。
- 基金信息：
  
  山西省科技重大专项(20181102023)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.023
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2023-09-15，
  
  收稿日期：2022-06-18，
  
  修回日期：2022-07-30，
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管永强,王建梅,宁可等.鼓形齿式联轴器接触理论研究综述[J].机械传动,2023,47(09):170-176.

Guan Yongqiang,Wang Jianmei,Ning Ke,et al.Overview of Crown Gear Coupling Contact Theory[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(09):170-176.
管永强,王建梅,宁可等.鼓形齿式联轴器接触理论研究综述[J].机械传动,2023,47(09):170-176. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.023.

Guan Yongqiang,Wang Jianmei,Ning Ke,et al.Overview of Crown Gear Coupling Contact Theory[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(09):170-176. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.023.

摘要

鼓形齿式联轴器由于其特殊的齿面形态，在实现等轴线不对中补偿的同时易导致各齿对非均布承载，破坏了齿面接触的稳定性。国内外学者针对鼓形齿对的接触理论开展了广泛的研究。综述了鼓形齿式联轴器的接触特性与理论研究现状，指出齿对间隙、齿面接触应力、齿对载荷分配的接触理论模型，是实现高性能鼓形齿式联轴器高性能设计的关键技术。

Abstract

Due to special tooth surface morphology

the crown gear coupling achieves misalignment compensation while causing the non-uniform carrying of tooth pairs

which destroys the stability of the tooth surface contact. Scholars at home and abroad have carried out extensive research on the contact theory of tooth pairs

reviewed the contact characteristics and the theoretical research of crown gear couplings

and pointed out the contact theory model of clearance of tooth pairs

contact stress of tooth surface

and load distribution of tooth pairs

which is the key technology to achieve the optimal design of high-performance crown gear couplings.

关键词

鼓形齿式联轴器接触理论齿对间隙齿面接触应力齿对载荷分配

Keywords

Crown gear couplingContact theoryClearance of tooth pairsContact stress of tooth surfaceLoad distribution of tooth pairs

references

易传云，肖来元.鼓形齿式联轴器［M］.武汉：华中科技大学出版社，1999：1-10.

YI Chuanyun，XIAO Laiyuan.Drum tooth coupling［M］.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology Press，1999：1-10.

MCGUIRE J T.Couplings，pumps for Chemical Processing［M］.Boca Raton：CRC Press，2020：5-20.

闻邦椿.机械设计手册：联轴器、离合器与制动器［M］.北京：机械工业出版社，2007：6-21.

WEN Bangchun.Mechanical design manual：couplings，clutches and brakes［M］.Beijing：China Machine Press，2007：6-21.

MANCUSO J R.Couplings and Joints：design，selection & application［M］.Boca Raton：CRC Press，1999：1-30.

杨小辉，关亚彬.鼓形齿式联轴器设计技术综述［J］.机械传动，2017，41（12）：165-170.

YANG Xiaohui，GUAN Yabin.Overview of crown gear coupling design technologies［J］.Journal of Mechanical Transmission，2017，41（12）：165-170.

KOLESNIKOV V I，KOROPETS P A，SINYUTIN E S.Vibration-based diagnostics of helicopter transmission gear couplings［J］.Russian Aeronautics，2020，63（1971）：7-13.

MANCUSO J R，GIBBONS C B，MUNYON R E.The application of flexible couplings for turbomachinery［C］//Proceedings of the 18th Turbomachinery Symposium. Texas A&M University.Turbomachinery Laboratories，1989：1-21.

肖来元.共轭曲面的数字化方法及共轭鼓形齿式联轴器传动研究［D］.武汉：华中科技大学，2004：1-12.

XIAO Laiyuan.Research on digitized method of conjugate surfaces and conjugate crown gear coupling transmission［D］.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2004：1-12.

JOHNSON C M.An introduction to flexible couplings［J］.World Pumps，1996，1996（363）：38-43.

杜全兴，马世骏，李孟瑜.鼓形齿轮联轴器齿廓分析研究［J］.西南交通大学学报，1995，30（1）：32-39.

DU Quanxing，MA Shijun，LI Mengyu.Study on tooth profile analysis of crown gear coupling［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，1995，30（1）：32-39.

PALAZZOLO A B，LOCKE S R，CALISTRAT M，et al.Gear coupling misalignment induced forces and their effects on machinery vibration［C］//Proceedings of the 21st Turbomachinery Symposium.Texas A&M University.Turbomachinery Laboratories，1992：83-96.

BACHSCHMID N，CURAMI A，PETRONE F.Vibrational behaviour of rotors with gear couplings in case of insufficient coupling lubrication［C］//Rotordynamics' 92：Proceedings of the International Conference on Rotating Machine Dynamics Hotel des Bains，Venice，28-30 April 1992.London：Springer，1992：232-239.

IURRITEGUI A，GONZALEZ-PEREZ I，ARANA A，et al.Computerized generation and tooth contact analysis of spherical gear couplings for high misalignment applications［J］.Mechanism and Machine Theory，2021，164：104408.

RICHARDS K L.Design engineer's handbook［M］.Boca Raton：CRC Press，2012：305-323.

SHI J F，GOU X F，ZHU L Y.Calculation of time-varying backlash for an involute spur gear pair［J］.Mechanism and Machine Theory，2020，152：1-17.

SHI J F，GOU X，ZHU L.Modeling and analysis of a spur gear pair considering multi-state mesh with time-varying parameters and backlash［J］.Mechanism and Machine Theory，2018，134：582-603.

GUAN Y，FANG Z，YANG X，et al.Effects of misalignment and crowning on contact characteristics of crown gear coupling［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part C：Journal of Mechanical Engineering Science，2019，233（12）：4397-4417.

齿轮手册编委会.齿轮手册［M］.北京：机械工业出版社，2004：76-130.

Gear Manual Editorial Board.Gear manual［M］.Beijing：China Machine Press，2004：76-130.

CREASE A B.Gear couplings for high powers and speeds：advantages，limitations，and alternatives［J］.Tribology International，1978，11（1）：49-57.

RENZO P C，KAUFMAN S，DE ROCKER D E.Gear couplings［J］.Journal of Engineering for Industry，1968，90（3）：467-474.

韦桂郁.鼓形齿齿轮联轴器在轧钢机上的应用［J］.冶金设备，1983 （5）：52-58.

WEI Guiyu.Application of crown gear coupling on rolling mill［J］.Metallurgical Equipment，1983（5）：52-58.

谢景福.鼓形齿式联轴器设计中的几个问题［J］.煤矿机械，1988（4）：5-10.

XIE Jingfu.Several problems in the design of crown gear coupling ［J］.Coal Mining Machinery，1988（4）：5-10.

钟刚.特型大摆角鼓形齿式联轴器制造中侧隙值的理论设计论证［J］.机械工程与自动化，1997（2）：36-38.

ZHONG Gang.Theoretical design demonstration of backlash value in the manufacture of special large swing angle drum gear coupling［J］.Mechanical Engineering & Automation，1997（2）：36-38.

赵世银，姚远，李业明.鼓形齿联轴器鼓度曲线选型优化比较分析［J］.机械传动，2017，41（10）：86-91.

ZHAO Shiyin，YAO Yuan，LI Yeming.Comparative analysis on the optimization of contrast analysis of different crown profile for drum gear couplings［J］.Journal of Mechanical Transmission，2017，41（10）：86-91.

关亚彬，杨小辉，方宗德，等.大型船用鼓形齿式联轴器位移圆半径设计［J］.西安交通大学学报，2019，53（10）：57-64.

GUAN Yabin，YANG Xiaohui，FANG Zongde，et al.Study on displacement circle radius design for huge-scale marine crown gear coupling［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2019，53（10）：57-64.

GUO Y，KELLER J，ERRICHELLO R，et al.Gearbox reliability collaborative analytic formulation for the evaluation of spline couplings［R］.National Renewable Energy Lab.（NREL），Golden，CO（United States），2013：1-40.

王海霞，梁莉，张磊，等.鼓形齿联轴器鼓形齿设计方法的研究［J］.洛阳理工学院学报（自然科学版），2013，23（3）：49-54.

WANG Haixia，LIANG Li，ZHANG Lei，et al.Research on the design method of drum gear for drum gear couplings［J］.Journal of Luoyang Institute of Science and Technology （Natural Science Edition），2013，23（3）：49-54.

OHSHIMA F，HIRATA S，YOSHINO H，et al.Study on tooth contact of gear couplings［J］.Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers，2012，78：639-649.

ALFARES M A，FALAH A H，ELKHOLY A H.Clearance distribution of misaligned gear coupling teeth considering crowning and geometry variations［J］.Mechanism and Machine Theory，2005，41（10）：1258-1272.

魏家麒，张开林，姚远.具有轴间倾角的鼓形齿式联轴器啮合状态及受力分析［J］.机械传动，2015，39（9）：1-6.

WEI Jiaqi，ZHANG Kailin，YAO Yuan.Meshing state and force analysis of crown gear coupling with inter-axial tilt angle［J］.Journal of Mechanical Transmission，2015，39（9）：1-6.

关亚彬，杨小辉，方宗德，等.一种鼓形齿式联轴器的侧隙设计方法［J］.西安交通大学学报，2019，53（7）：136-143.

GUAN Yabin，YANG Xiaohui，FANG Zongde，et al.A backlash design method for crown gear coupling［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2019，53（7）：136-143.

KRIZEK M.Super convergence phenomena on three dimenional meshes［J］.International Journal of Numerical Analysis and Modeling，2005，2（1）：43-56.

LI J H，XIE F，XIE L，et al.Novel GLHUA electromagnetic invisible double layer cloak with relative parameters not less than 1 and GL No scattering inversion［J］.arXiv Preprint，2016：1-25.

齿轮手册编委会.齿轮手册：上册［M］.北京：机械工业出版社，1990：15-63.

Editorial Board of Gear Handbook.Gear handbook：volume 1［M］.Beijing：China Machine Press，1990：15-63.

宋之龙.鼓形齿式联轴器设计计算方法简介［J］.机械工程师，2015（12）：95-96.

SONG Zhilong.Brief introduction to design and calculation method of crown gear coupling［J］.Mechanical Engineer，2015（12）：95-96.

汪延生.鼓形齿式联轴器运动学分析［J］.重型机械，1986（11）：25-31.

WANG Yansheng.Kinematics analysis of crown gear coupling［J］.Heavy Machinery，1986（11）：25-31.

胡青春，阮忠唐.鼓形齿轮联轴器的啮合分析［J］.机械设计，1991（2）：30-32.

HU Qingchun，RUAN Zhongtang.Meshing analysis of crown gear coupling［J］.Journal of Mechanical Design，1991（2）：30-32.

KELEMEN L，SZENTE J.Calculation of the load capacity of gear coupling based on the contact stress［J］.Annals of the Faculty of Engineering Hunedoara，2014，12（2）：173-178.

MUKOYAMA H，SHIMACHI S，HAKOZAKI Y.Contact pressure estimates of tooth surfaces of gear couplings［C］//International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference.ASME，2000：777-785.

LEI X M，GE Y Z，ZHANG Y C，et al.Design and analysis for high-speed gear coupling［C］//Applied Mechanics and Materials.Trans Tech Publications Ltd.，2011，1414（86）：658-661.

赵广，郭嘉楠，王晓放，等.转子-齿式联轴器-轴承系统不对中动力学特性［J］.大连理工大学学报，2011，51（3）：338-345.

ZHAO Guang，GUO Jianan，WANG Xiaofang，et al.Dynamics of rotor-gear coupling-bearing system with misalignment［J］.Journal of Dalian University of Technology，2011，51（3）：338-345.

张勇，谢剑刚，王宏波.鼓形齿接触应力的有限元分析［J］.机械，2005（4）：7-9.

ZHANG Yong，XIE Jiangang，WANG Hongbo.The finite element analysis of crown gears contact stress ［J］.Mechanics，2005（4）：7-9.

常建娥，卢红.鼓形齿式联轴器接触问题分析［J］.武汉工业大学学报，1998（3）：70-72.

CHANG Jian'e，LU Hong.Analysis of the contact problem of crown gear coupling［J］.Journal of Wuhan University of Technology，1998（3）：70-72.

张海涛.350 km/h高速动车组用鼓形齿式联轴器的研究与开发［D］.成都：西南交通大学，2008：31-40.

ZHANG Haitao.Research and development of the crown gear coupling used in 350 km/h high speed EMU［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2008：31-40.

朱文文，夏清华，葛燕飞，等.影响鼓形齿式联轴器力学性能的参数研究［J］.机械传动，2013，37（10）：106-109.

ZHU Wenwen，XIA Qinghua，GE Yanfei，et al.Research of the influence parameter of crown gear couplings mechanical property［J］.Journal of Mechanical Transmission，2013，37（10）：106-109.

管迪华.模态分析技术［M］.北京：清华大学出版社，1995：1-10.

GUAN Dihua.Modal analysis technology［M］.Beijing：Tsinghua University Press，1995：1-10.

王海霞，张磊，张利军.鼓形齿式联轴器齿形及齿面接触特性研究［J］.矿山机械，2015，43（2）：110-115.

WANG Haixia，ZHANG Lei，ZHANG Lijun.Research on tooth profile and tooth surface contact characteristics of crown gear coupling ［J］.Mining & Processing Equipment，2015，43（2）：110-115.

GUAN Y，FANG Z，YANG X，et al.Tooth contact analysis of crown gear coupling with misalignment［J］.Mechanism and Machine Theory，2018，126：295-311.

GUAN Y，YANG X，FANG Z，et al.Comparative analysis of three geometric models for crown gear coupling［J］.Mechanism and Machine Theory，2019，136：269-283.

石珍强，夏清华，张德智.大倾角鼓形齿式联轴器轮齿强度分析探讨［J］.机械工程师，2018（8）：81-83.

SHI Zhenqiang，XIA Qinghua，ZHANG Dezhi.Analysis and discussion on the strength of the gear teeth of the large inclination angle crown gear coupling［J］.Mechanical Engineer，2018（8）：81-83.

夏清华，葛燕飞.GCL13 型鼓形齿式联轴器力学性能分析［J］.冶金设备，2013（4）：33-35.

XIA Qinghua，GE Yanfei.Mechanical properties analysis of GCL13 crown gear coupling［J］.Metallurgical Equipment，2013（4）：33-35.

苏进展，杨小辉，关亚彬，等.大型船用鼓形齿式联轴器的有限元分析［J］.机械传动，2017，41（5）：64-66.

SU Jinzhan，YANG Xiaohui，GUAN Yabin，et al.Finite element analysis of large marine drum gear couplings［J］.Journal of Mechanical Transmission，2017，41（5）：64-66.

牛涛.GCL13型鼓形齿式联轴器的仿真及性能分析［D］.马鞍山：安徽工业大学，2017：17-26.

NIU Tao.Simulation and performance analysis of GCL13 type crown gear coupling［D］.Ma´anshan：Anhui University of Technology，2017：17-26.

杜松寿.变位鼓形齿式联轴器的设计［J］.矿山机械，1985（3）：40-48.

DU Songshou.Design of displacement crown gear coupling［J］.Mining & Processing Equipment，1985（3）：40-48.

彭福华，刘梅艳.鼓形齿轮联轴器齿面接触分析与试验［J］.吉林工业大学学报，1989（2）：103-111.

PENG Fuhua，LIU Meiyan.Analysis and test of tooth surface contact of drum gear coupling［J］.Journal of Jilin University of Technology，1989（2）：103-111.

王新林，孙永胜.鼓形齿式联轴器设计计算简明适用方法［J］.重型机械，2005（3）：52-55.

WANG Xinlin，SUN Yongsheng.Concise and applicable method for design and calculation of crown gear coupling［J］.Heavy Machinery，2005（3）：52-55.

COOLEY C G，LIU C，DAI X，et al.Gear tooth mesh stiffness：a comparison of calculation approaches［J］.Mechanism and Machine Theory，2016，105：540-553.

BUCKINGHAM E.Analytical mechanics of gears［M］.Chicago：Courier Corporation，1988：68-115.

UMEYAMA M，KATO M，INOUE K.Transmission error of a helical gear pair with modified tooth surfaces［J］.Transactions of the Japan Society Mechanical，1996，62：4332-4340.

易传云，杨叔子，杨元山.非共轭齿面鼓形齿式联轴器运动分析［J］.华中理工大学学报，1994（7）：111-116.

YI Chuanyun，YANG Shuzi，YANG Yuanshan.Motion analysis of non-conjugated tooth surface crown gear coupling［J］.Journal of Huazhong University of Science and Technology，1994（7）：111-116.

YI C Y.Analysis of the meshing of crown gear coupling［J］.Journal of Shanghai University（English Edition），2005，9（6）：527-533.

肖来元.鼓形齿式联轴器多齿接触数值分析与实验研究［J］.工程力学，1998（2）：97-103.

XIAO Laiyuan.Numerical analysis and experimental research on multi-tooth contact of crown gear coupling［J］.Engineering Mechanics，1998（2）：97-103.

肖来元，廖道训，易传云.共轭鼓形齿式联轴器多齿接触数值分析与实验［J］.华中科技大学学报（自然科学版），2004（2）：61-63.

XIAO Laiyuan，LIAO Daoxun，YI Chuanyun.Numerical analysis and experiment of multi-tooth contact of conjugate crown gear coupling ［J］.Journal of Huazhong University of Science and Technology （Natural Science Edition），2004（2）：61-63.

肖来元.基于三维弹性边界元法的鼓形齿式联轴器的多齿接触研究［J］.武汉城市建设学院学报，1994（1）：25-30.

XIAO Laiyuan.Research on multi-tooth contact of crown gear coupling based on three-dimensional elastic boundary element method［J］.Journal of Wuhan Urban Construction Institute，1994（1）：25-30.

GUO Y，LAMBERT S，WALLEN R，et al.Theoretical and experimental study on gear-coupling contact and loads considering misalignment，torque， and friction influences［J］.Mechanism and Machine Theory，2016，98：242-262.

王秀琦，秦光里，王良君.韶山8型机车齿轮联轴器几何接触状态及静力分析［J］.铁道学报，1994（3）：1-6.

WANG Xiuqi，QIN Guangli，WANG Liangjun.Geometrical contact state and static analysis of Shaoshan type 8 locomotive gear coupling［J］.Journal of Railways，1994（3）：1-6.

周金宇，陈占福.轧机鼓形齿式联轴器齿面啮合及载荷分配研究［J］.重型机械，2007（2）：15-18.

ZHOU Jinyu，CHEN Zhanfu.Research on tooth surface meshing and load distribution of rolling mill drum gear coupling［J］.Heavy Machinery，2007（2）：15-18.

WEBER C，BANASCHEK K，NIEMANN G.Formänderung und profilrücknahme bei gerad-und schrägverzahnten Rädern［M］.Braunschweig：F.Vieweg，1955：12-68.

WEBER C，BANASCHEK K，NIEMANN G.Shape change and profile retraction for straight and helical gears［M］.Braunschweig：F.Vieweg，1955：12-68.

BENKLER H.Der mechanismus der lastverteilung an bogenverzahnten zahnkupplungen［D］.Darmstadt：Tehcnischen Hochschule Darmstadt，1970：1-15.

KUNZE G.Untersuchungen zur beurteilung von verzahnungen fürmitnehmerverbindungen， insbesondere von zahnkupplungen［D］.Dresden：Dresden University of Technology，1988：34-47.

SPURA C.Tragfähigkeitsberechnung und verschleißanalyse von bombierten zahnwellenverbindungen［M］.Aachen：Mainz G，2012：53-66.

周浩，杨大炼，蒋玲莉，等.几种典型齿轮时变啮合刚度计算方法对比［J］.湖南科技大学学报（自然科学版），2021，36（4）：62-70.

ZHOU Hao，YANG Dalian，JIANG Lingli，et al.Comparison of several typical gear time-varying mesh stiffness calculation methods［J］.Journal of Hunan University of Science and Technology （Natural Science Edition），2021，36（4）：62-70.

冯松，毛军红，谢友柏.齿面磨损对齿轮啮合刚度影响的计算与分析［J］.机械工程学报，2015，51（15）：27-32.

FENG Song，MAO Junhong，XIE Youbai.Calculation and analysis of the influence of tooth surface wear on gear mesh stiffness［J］.Journal of Mechanical Engineering，2015，51（15）：27-32.

贵新成，李立顺，李红勋，等.高重合度摆线内齿轮副时变啮合刚度计算与齿间载荷分配研究［J］.机械工程学报，2018，54（21）：101-112.

GUI Xincheng，LI Lishun，LI Hongxun，et al.Calculation of time-varying mesh stiffness and load distribution between teeth of cycloid internal gear pair with high coincidence degree［J］.Journal of Mechanical Engineering，2018，54（21）：101-112.

HERTZ H.Ueber die berührung fester elastischer körper［J］.Crelles Journal，1895：156-171.

DINNIK A N.Impact and compression of elastic bodies［J］.Kybernetika，1952：1-8.

JOHNSON K L.Contact mechanics［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1987：53-68.

NAKHATAKYAN F G，BEDNYI I A，PUZAKINA A K.Assessing the contact pliability of gear couplings［J］.Russian Engineering Research，2011，31（11）：1057-1059.

NAKHATAKYAN F G.Mechanics of contact approach of elastic bodies in Hertz problem［J］.Journal of Machinery Manufacture and Reliability，2010，39：444-451.

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