十字軸式萬向聯(lián)軸器的分析和改進

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1、河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 題 目：十字軸式萬向聯(lián)軸器的分析和改進 系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 機電一體化 班 級： 09機電（3）班 學(xué)生姓名： 史 騰 飛 指導(dǎo)老師： 劉 曉 菡 完成日期： 2012年02月08日 III 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

2、 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 班 級 *** 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 *** 設(shè)計（論文）題目 十字軸式萬向聯(lián)軸器的分析與改進 主要 研究 內(nèi)容 十字軸式萬向聯(lián)軸器是一類容許兩軸間具有較大的角位移的聯(lián)軸器，適用于有較大角位移的兩軸之間的連接，一般兩軸的軸間角最大可達35～45，而且在運轉(zhuǎn)過程可以隨時改變兩軸的軸間角，其最大特點是：具有較大的角向補償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。 主要技 術(shù)指標(biāo) 或研究 目標(biāo) 在生產(chǎn)和應(yīng)用的過程中，十字軸式萬向聯(lián)軸器存在著一系列的的問題，如軸承座螺栓斷裂、十字軸斷裂等。此次設(shè)計的目的是為了對這些問題進行深入的

3、分析，并進行合理的改進，以避免其再次出現(xiàn)。 基本 要求 1.確定零件所用的材料 2.確定零件設(shè)計的基本結(jié)構(gòu) 3.完成整個零件的結(jié)構(gòu)圖及部分零件模具圖樣的設(shè)計圖紙 主要參 考資料 及文獻 [1] 機械設(shè)計手冊 單行本 聯(lián)軸器、離合器與制動器.北京：機械工業(yè)出版社,2007年 [2] 機械工程手冊,機械零部件設(shè)計卷：第五卷：北京：機械工業(yè)出版社,1996 [3] 施高義,唐金松,喻懷正等編,聯(lián)軸器.北京：機械工業(yè)出版社,1998 [4] 汪愷主編.機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊：第三卷.北京：機械工業(yè)出版社，1997 摘 要 我畢業(yè)設(shè)計的零件為十字軸式萬向聯(lián)軸器。聯(lián)

4、軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。萬向聯(lián)軸器用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方，它有多種結(jié)構(gòu)型式，例如：十字軸式、球籠式、球叉式、凸塊式、球銷式、球鉸式、球鉸柱塞式、三銷式等。其中，十字軸式萬向聯(lián)軸器是應(yīng)用量較大的萬向聯(lián)軸器。 十字軸式萬向聯(lián)軸器是一類容許兩軸間具有較大的角位移的聯(lián)軸器，適用于有較大角位移的兩軸之間的連接，一般兩軸的軸間角最大可達35～45，而且在運轉(zhuǎn)過程可以隨時改變兩軸的軸間角，其最大特點是：具有較大的角向補償能

5、力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。 但在生產(chǎn)和應(yīng)用的過程中，十字軸式萬向聯(lián)軸器存在著一系列的的問題，如軸承座螺栓斷裂、十字軸斷裂等。此次設(shè)計的目的是為了對這些問題進行深入的分析，并進行合理的改進，以避免其再次出現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：聯(lián)軸器，十字軸，傳動效率，常規(guī)失效形式，改進方法 Abstract I graduated designed components for the cross shaft universal coupling. Common areas of mechanical coupling components used

6、to connect two different agencies in the shaft (driving shaft and driven shaft) to make it to transfer torque common rotating mechanical parts. Most of the general power machine with the help of coupling links the machine work; mechanical products most commonly used drive shaft connection parts. Uni

7、versal coupling for the two-axis deflection angle or greater have a greater angular displacement of the work place, it has a variety of structural types, such as: cross-axis, ball cage, ball fork, bump-type, -ball type, ball and socket type, plunger type ball joints, three pin type and so on. Among

8、them, the cross-axis is the application of universal coupling universal coupling a large amount. Cross-axis is a type of universal coupling between the two axes to allow a larger angular displacement of the coupling for a larger angular displacement of the connection between the two axes, the gener

9、al two-axis angle between the axis up to 35 ~ 45 , but also in the running process can be changed at any time between the two axes of the shaft angle, and its most important feature: a large angle to compensate for capacity, compact, high transmission efficiency. But in the process of production a

10、nd application, cross shaft universal coupling there is a series of problems, such as bearing bolt fracture, cross shaft fracture. The design goal is to these issues in-depth analysis, and makes a reasonable improvement, in order to avoid its recurrence. Keywords: coupling, cross shaft, drive eff

11、iciency, conventional failure modes, improved methods 目 錄 1 零件介紹 - 4 - 1.1 零件介紹 - 4 - 2 十字軸式萬向聯(lián)軸器問題分析 - 4 - 3 十字軸式萬向聯(lián)軸器的應(yīng)用 - 6 - 4 零件的材料及尺寸精度 - 7 - 4.1 零件的材料 - 7 - 4.2 尺寸精度 - 8 - 5 聯(lián)軸器的選用程序 - 9 - 6 萬向聯(lián)軸器的使用與保養(yǎng) - 11 - 7 零件各部分運動分析 - 12 - 7.1 十字軸式萬向聯(lián)軸器的單側(cè)運動分析 - 12 - 7.

12、2 十字軸式萬向聯(lián)軸器的雙側(cè)運動分析 - 13 - 7.3 十字軸式萬向聯(lián)軸器的傳動效率 - 16 - 7.4 十字軸式萬向聯(lián)軸器的受力分析 - 16 - 7.5 十字軸式萬向聯(lián)軸器的主要元件 - 18 - 8 對十字軸式萬向聯(lián)軸器問題的改進 - 22 - 致 謝 - 23 - 參考文獻 - 24 - 1 零件介紹 1.1 零件介紹 工件名稱：十字軸式萬向聯(lián)軸器 工件簡圖：如圖1.1所示 1、3——半聯(lián)軸器 2——叉形接頭 4——十字軸 5——銷釘 6——套筒 7——圓柱銷 圖1.1 十字軸式萬向聯(lián)軸器  2

13、十字軸式萬向聯(lián)軸器問題分析 聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。而十字軸式萬向聯(lián)軸器作為聯(lián)軸器的一種，是一種通用的傳動基礎(chǔ)件，它的主要特點是可聯(lián)接不在同一軸線的兩傳動軸系，容許兩軸間具有較大的角位移，并能可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。該聯(lián)軸器具有承載能力高、使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無噪音、軸向補償量大、維護保養(yǎng)簡單等優(yōu)點。主要用于軋鋼機械、起重運輸機械、石油鉆井機械、工程礦山機械、船舶及其它重型機械。十字軸式萬向聯(lián)軸器的由十字軸、十字軸軸承、中間軸、軸叉等元件組成，傳遞動力的中間受力元件為十字軸。它在使用的過程中，除了發(fā)揮其重要作

14、用外也出現(xiàn)著一系列的問題，這些問題可通過對十字軸、法蘭叉架及軸承座的分析得出。 2.1對十字軸的分析 在十字軸的每個軸頭上，軸承座給十字軸的壓力由滾針軸承承擔(dān)，假設(shè)該力在沿軸向滾子有效接觸長度上均勻分布，則在十字軸斷面內(nèi)，只有受力的半圈軸承滾動體承受載荷，而這半圈內(nèi)各滾動體承受載荷的大小是不同的，中間的滾動體受力最大，其他的沿兩側(cè)逐漸減小，處在最兩側(cè)的滾動體受力為零（軸承座內(nèi)孔的加工精度對此也影響較大）。而十字軸的受力大小則是半圈滾動體所受力的合力。 由此，十字軸的受力可簡化為大小相同、方向相反的兩對力偶。這兩對力偶處于主傳動與被傳動軸所決定的平面內(nèi)，如不計兩軸的傾角，則構(gòu)成兩力偶的力

15、均在十字軸軸線平面內(nèi)。通過在軟件SOLIDWORKS中建立十字軸的實體模型，將實際中十字軸受到的力與力矩作用于十字軸4個軸頭受力的半圓柱面上，則可顯示整個十字軸的應(yīng)力值分布、各部位受力后的位移以及及強度安全系數(shù)等。分析表明，十字軸頭的截面積剪切應(yīng)力與扭矩完全滿足要求，但是軸頭根部兩過渡圓角的應(yīng)力值是受力中的最大值，應(yīng)力梯度非常大，尤其是圓角較小處更是如此，應(yīng)力集中較為明顯，在交變載荷下極易產(chǎn)生疲勞，是裂紋和斷裂產(chǎn)生的根源。 2.2對法蘭叉架及軸承座的分析 法蘭叉架軸承座可看作是懸臂梁結(jié)構(gòu)，軸承座根部一側(cè)受拉應(yīng)力，另一側(cè)受壓應(yīng)力，其叉架根部不僅受到大小為F的力作用，還受到力矩為FH的作用。

16、在此力與力矩的交變作用下，叉架軸承座與法蘭連接的根部便是疲勞產(chǎn)生與斷裂的根源。由此，軸承座的中心高度H和軸承座根部過渡圓弧大小的結(jié)構(gòu)設(shè)計對法蘭叉架的強度影響很大。 軸承座內(nèi)孔圓周表面一側(cè)承受壓應(yīng)力，一側(cè)則不受力。軸承座受的力通過連接軸承座的螺栓，使得螺栓承受拉應(yīng)力，因此，螺栓的預(yù)緊力就顯得尤為重要。螺栓的預(yù)緊力使得上軸承座與下軸承座接觸面內(nèi)產(chǎn)生接觸壓力，隨著預(yù)緊力的增大，接觸壓力也上升。這種預(yù)緊力的變化隨傳遞扭矩的增大而增大。如果預(yù)緊力較小，而傳遞扭矩過大，則受力側(cè)的上下軸承座間壓力可能下降為零，這時上下軸承座間將出現(xiàn)間隙，而扭矩減小時，間隙會消失，從而產(chǎn)生沖擊，而此時為保證傳動，與其對稱的

17、另一軸承座將會受到很大的力而率先導(dǎo)致疲勞斷裂，這對十字軸的使用壽命是極為不利的。另一方面，如果螺栓的預(yù)緊量太大，螺栓的拉應(yīng)力也隨著增大，螺栓極易被拉斷。 由上，我們可將出現(xiàn)的問題概括為以下三點，即（1）軸承座螺栓斷裂 ；（2） 十字軸斷裂；（3） 軸承座、叉頭根部裂紋。 針對以上問題，我們可以采取相應(yīng)的措施來降低或避免其發(fā)生。 3 十字軸式萬向聯(lián)軸器的應(yīng)用 十字軸式萬向聯(lián)軸器在我們的生活中應(yīng)用十分廣泛下面列舉其中的兩例作為介紹： 實例1 下圖為軋鋼機的傳動示意圖。由于在軋鋼過程中，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)軋輥的上下位置，所以齒輪座軸線與軋輥軸線之間的距離h要經(jīng)常變化，這就需要用雙萬向聯(lián)軸節(jié)來作

18、為齒輪與軋輥之間的中間傳動裝置。 圖3.1 軋鋼機的傳動示意圖 實例2 眾所周知，汽車行駛時由于道路的不平會引起變速箱輸出軸和后橋輸入軸相對位置的變化，只有采用雙萬向聯(lián)軸節(jié)才能實現(xiàn)兩軸之間的運動傳遞。 圖 3.2 汽車中的萬向聯(lián)軸節(jié) 十字軸式萬象聯(lián)軸器在軋鋼機的應(yīng)用過程中，由于聯(lián)軸器本身存在的問題，經(jīng)常會因為承載能力達不到設(shè)計要求，經(jīng)常會出現(xiàn)軸承座螺栓裂紋、斷裂及十字軸斷裂等事故，影響正常工作。 下面我們將系統(tǒng)介紹一下十字軸式萬向聯(lián)軸器生產(chǎn)制造時的材料選擇、尺寸精度及工作時的各部分運動，進而達到改進前熟悉了解零件的效果。  4 零件的材料及尺寸精度 4.1 零件的

19、材料 零件由十字軸、十字軸承、軸承座、軸叉等部分組成，選用了合金鋼40Cr作為聯(lián)軸器十字軸的材料，熱處理后硬度58～62HRC，；45鋼作為其他零件的材料，均采用制造并熱處理48～52HRC。對于該零件材料選擇的基本原則要求主要是： 4.1.1 滿足使用要求 設(shè)計機械零件的基本原則之一是工作可靠。零件的材料直接影響著其強度、剛度、耐磨性、耐蝕性、耐熱性、疲勞壽命、重量、美觀等，應(yīng)根據(jù)零件的工況選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀Ｈ缌慵惺茌^大載荷或要求尺寸小重量輕，應(yīng)選擇高強度合金鋼；零件承受較大沖擊載荷，需要選擇韌性好的合金鋼；構(gòu)成摩擦副的零件要求耐磨性好，應(yīng)按摩擦學(xué)設(shè)計來選擇減摩耐磨性好的材料配對

20、，如磨損主要是磨粒磨損時，一般應(yīng)選淬火鋼 ； 工作時要接觸腐蝕性氣體或液體的零件，要針對造成腐蝕的具體情況，選擇合適的耐腐蝕的材料。 當(dāng)某個零件對設(shè)備的正常使用非常重要時，應(yīng)選擇質(zhì)量可靠的材料。 4.1.2 滿足工藝要求 便于加工是設(shè)計機械零件時也必須遵守的一個原則。零件是否便于加工直接關(guān)系到零件的成本和制造時間。生產(chǎn)形狀復(fù)雜鑄造毛坯零件，一般要選擇鑄鐵，受力較大時選擇鑄鋼。生產(chǎn)形狀復(fù)雜、單件或小批量的零件，可以用鋼板或型鋼焊接。沖壓件應(yīng)選擇塑性好的低碳鋼或銅合金等材料。在機器制造過程中，切削加工方法占有重要位置，材料的切削加工性能主要指材料被切削的難易程度、材料被切削后的表面粗

21、糙度和刀具的壽命。材料成分、組織和熱處理不同的零件，其切削加工性是不同的，甚至差異很大。對大批量生產(chǎn)的零件，要特別重視材料的機械加工性能。在材料手冊中，對具體材料的加工性能有簡要的說明。 設(shè)計零件時，也要注意熱處理工藝性。如結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件，應(yīng)選擇選擇淬透性好的鋼材，其變形小。 4.1.3 滿足經(jīng)濟性要求 降低零件成本，是提高產(chǎn)品價格競爭力的一個重要途徑。價格低廉，是設(shè)計零件時要遵守的原則之一。在滿足使用性能的前提下，選用零件材料時要注意降低零件的總成本。零件的總成本主要包含材料的價格和加工等費用。 不同材料的價格可能相差幾倍，甚至幾十倍。在金屬材料中，碳鋼和鑄鐵的價格

22、相對較低，其加工工藝性能較好。所以，在滿足機械性能要求的前提下，宜優(yōu)先選擇碳鋼或鑄鐵。在選材時還應(yīng)考慮材料的供應(yīng)情況，品種盡量少，便于采購和管理。 4.2 尺寸精度 該零件未標(biāo)注公差的尺寸，根據(jù)零件的使用性能，可按IT6級制造。  5 聯(lián)軸器的選用程序 5.1選用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器 設(shè)計人員在選擇聯(lián)軸器時首先應(yīng)在已經(jīng)制定為國家標(biāo)準(zhǔn)、機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及獲國家專利的聯(lián)軸器中選擇，只有在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器和專利聯(lián)軸器不能滿足設(shè)計需要時才需自己設(shè)計聯(lián)軸器。 5.2選擇聯(lián)軸器品種、型式 了解聯(lián)軸器在傳動系統(tǒng)中的綜合功能，從傳動系統(tǒng)總體設(shè)計考慮，選擇聯(lián)軸器品種、型式。根據(jù)原動機類別和工作載荷類別、工

23、作轉(zhuǎn)速、傳動精度、兩軸偏移狀況、溫度、濕度、工作環(huán)境等綜合因素選擇聯(lián)軸器的品種。根據(jù)配套主機的需要選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)聯(lián)軸器與制動器配套使用時，宜選擇帶制動輪或制動盤型式的聯(lián)軸器；需要過載保護時，宜選擇安全聯(lián)軸器；與法蘭聯(lián)接時，宜選擇法蘭式；長距離傳動，聯(lián)接的軸向尺寸較大時，宜選擇接中間軸型或接中間套型。 5.3聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計算 傳動系統(tǒng)中動力機的功率應(yīng)大于工件機所需功率。根據(jù)動力機的功率和轉(zhuǎn)速可計算得到與動力機相聯(lián)接的高速端的理論短矩T；根據(jù)工況系數(shù)K及其他有關(guān)系數(shù)，可計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩Tc。聯(lián)軸器T與n成反比，因此低速端T大于高速端T。 5.4初選聯(lián)軸器型號 根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩T

24、c,從標(biāo)準(zhǔn)系列中可選定相近似的公稱轉(zhuǎn)矩Tn，選型時應(yīng)滿足Tn≥Tc。初步選定聯(lián)軸器型號，從標(biāo)準(zhǔn)中可查得聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)速[n]和最大徑向尺寸D、軸向尺寸L0,就滿足聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速n≤[n]。 5.5根據(jù)軸徑調(diào)整型號 初步選定的聯(lián)軸器聯(lián)接尺寸，即軸孔直徑d和軸孔長度L，應(yīng)符合主、從動端軸徑的要求，否則還要根據(jù)軸徑d調(diào)整聯(lián)軸器的規(guī)格。主、從動端軸徑不相同是普通現(xiàn)象，當(dāng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速相同，主、從動端軸徑不相同時，應(yīng)按大軸徑選擇聯(lián)軸器型號。新設(shè)計的傳動系統(tǒng)中，應(yīng)選擇符合GB/T3852中規(guī)定的七種軸孔型式，推薦采用J1型軸孔型式，以提高通用性和互換性，軸孔長度按聯(lián)軸器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 5.6選擇聯(lián)接型

25、式 聯(lián)軸器聯(lián)接型式的選擇取決于主、從動端于軸的聯(lián)接型式，一般采用鍵聯(lián)接，為統(tǒng)一鍵聯(lián)接型式及代號，在GB/T3852中規(guī)定了七種鍵槽型式，四種無鍵聯(lián)接，用得較多的是A型鍵。 5.7選定聯(lián)軸器品種、式、規(guī)格 根據(jù)動力機和聯(lián)軸器載荷類別、轉(zhuǎn)速、工作環(huán)境等綜合因素，選定聯(lián)軸器品種；根據(jù)聯(lián)軸器的配套、聯(lián)接情況等因素選定聯(lián)軸器型式；根據(jù)公稱轉(zhuǎn)矩、軸孔直徑與軸孔長度選定規(guī)格。為了保證軸和鍵的強度，在選定聯(lián)軸器型號后，應(yīng)對軸和鍵強度做校核驗算，以最后確定聯(lián)軸器的型號。  6 萬向聯(lián)軸器的使用與保養(yǎng) 萬向聯(lián)軸器的使用與保養(yǎng)： 1、萬向聯(lián)軸器在正式安裝前，一定要先清洗兩端面，檢查端面鍵槽口的配

26、合情況，然且擰緊螺釘，不要松動。 2、萬向聯(lián)軸器安裝好以后，正常運轉(zhuǎn)一個班，必須檢查所有螺釘，如發(fā)現(xiàn)松動，必須再次擰緊，這樣反復(fù)幾次，以保證不會松動。 3、在工作運轉(zhuǎn)中，經(jīng)常觀察萬向聯(lián)軸器是否發(fā)生異常的軸承發(fā)熱和徑向擺動等現(xiàn)象， 如果出現(xiàn)這些現(xiàn)象必須及時維修。 4、在可能由于運轉(zhuǎn)的萬向聯(lián)軸器引起人身和設(shè)備事故的各個場所必須采用適當(dāng)?shù)陌? 全防護措施。 5、萬向聯(lián)軸器十字頭、滑動面、軸承等必須保證潤滑，一般用2#工業(yè)鋰基油脂或2# 二硫化鉬鈣基脂，若高溫條件下工作必須每周加油一次，在平時連續(xù)運轉(zhuǎn)500小時加油一 次，間斷運轉(zhuǎn)2個月加油一次，加油時把軸承端面油孔螺釘擰下，用高壓油

27、槍注入至溢出 為止。 6、萬向聯(lián)軸器如發(fā)現(xiàn)壓痕等正常磨損現(xiàn)象，應(yīng)及時更換，一般使用3個月必進行保 養(yǎng)一次。 7、為延長萬向聯(lián)軸器的使用壽命，在保養(yǎng)拆洗進，將十字軸調(diào)轉(zhuǎn)180，以達到軸頸 受力交替使用。 8、應(yīng)避免長期超載使用和操作事故的發(fā)生。  7 零件各部分運動分析 7.1 十字軸式萬向聯(lián)軸器的單側(cè)運動分析 十字軸式萬向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)原理如圖7.1所示，主、從軸上的叉形件（軸叉）1、3中間的十字軸2分別以鉸鏈連接，當(dāng)兩軸有角位移時，軸叉1、3繞各自軸線回轉(zhuǎn)，而十字軸則做空間運動空間運動。 圖7.2 萬向聯(lián)軸器傳動關(guān)系圖 兩軸軸間角不等于零時，任一瞬時主動軸轉(zhuǎn)

28、角與從動軸轉(zhuǎn)角如圖7.2所示。在垂直主動軸1的平面上投影，主動軸叉上A點的軌跡為一實際大小的圓，從動軸叉上B點的軌跡為一橢圓。由于OB垂直O(jiān)A，因此，當(dāng)主動軸叉轉(zhuǎn)過角，在投影面上A0點轉(zhuǎn)至A′點，而B0點轉(zhuǎn)至B1′點，O1′B1′與0′A′仍保持垂直關(guān)系，即∠B0O′B1′=。而從動軸叉上B點實際轉(zhuǎn)角，可將OB1所在平面轉(zhuǎn)過角使與OA所在平面重合，此時OB1成為OB1″，B1″點所對中心角∠B0O′B1″即為從動軸角，由幾何關(guān)系可得 tan= tan/cos或cos=tan/tan 式中,——兩軸間的軸間角。 兩軸的轉(zhuǎn)角差可用下式表示 =－= 通常兩軸的軸間角＜15，故可將

29、上式改寫成 = 當(dāng)主動軸轉(zhuǎn)角1=45時，兩軸的轉(zhuǎn)角差達到最大值，近似地可用下式表示 max=/4 由圖1可得出主、從動軸之間的角速度關(guān)系式 = 由關(guān)系式中主、從動軸角速度比值和主動軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系可得：從動軸角速度最大值為max=/。從動軸角速度最小值為min=/。 7.2 十字軸式萬向聯(lián)軸器的雙側(cè)運動分析 為了消除單萬向聯(lián)軸器從動軸轉(zhuǎn)速周期性波動，可以將兩個單萬向聯(lián)軸器串聯(lián)成為雙萬向聯(lián)軸器，如圖7.3所示。根據(jù)式1知主、從動軸與中間的轉(zhuǎn)角關(guān)系式 ）主、從動軸線相交 ）主、從動軸線平行 圖7.3 雙向聯(lián)軸器 = = 故得

30、 /=/ 式中 、、——主動軸、從動軸和中軸的轉(zhuǎn)角； 、——主從動軸的軸間角。 當(dāng)=時，=，由此可使主、從動軸間沒有轉(zhuǎn)角差，消除了主動軸等速回轉(zhuǎn)而從動軸轉(zhuǎn)速波動的現(xiàn)象。為此，雙萬向聯(lián)軸器在安裝時必須滿足以下三個條件： 1）中間軸與主、從動軸的軸間角應(yīng)相等。 2）中間軸兩端叉應(yīng)位于同一平面內(nèi)。 3）主、從動軸和中間軸的軸線應(yīng)在同一平面內(nèi)。 在聯(lián)軸器運轉(zhuǎn)過程中，主從動軸需要相對移動時，為了滿足上述三個條件，應(yīng)根據(jù)軸線位移的性質(zhì)，確定相應(yīng)的布置形式，對于要求平行移動的軸線，應(yīng)采用圖7.4a所示的Z型布置；對于要求有角位移的軸線宜采用圖7.4b的

31、M型布置。 ）Z型布置—平移調(diào)整 b）M型布置——角向調(diào)整 圖7.4 雙向聯(lián)軸器的平面布置 如若中間軸與主、從動軸的軸間角不相等，或三軸的軸線不是位于同一平面時，就不能保持主、從動軸同步轉(zhuǎn)動。 7.3 十字軸式萬向聯(lián)軸器的傳動效率 十字軸式萬向聯(lián)軸器的傳動效率與兩軸的軸間角、十字軸支承的結(jié)構(gòu)和材料、加工和裝配的精度以及潤滑條件等有關(guān)，近似地可按下式計算： 當(dāng)兩軸的軸間角≦25時 =1－ 當(dāng)兩軸的軸間角25﹤﹤40時 =1－ 在以上兩式中 ——十字軸軸頸的直徑； R——十字軸中心至軸頸支承長度中點的距離；

32、 ——十字軸頸與軸承的摩擦系數(shù)，對滑動軸承，可取=0.15～0.2；對滾動軸承，可取=0.05～0.1。 通常，當(dāng)=25時，十字軸式萬向聯(lián)軸器的效率約為97%～99%。 7.4 十字軸式萬向聯(lián)軸器的受力分析 根據(jù)瞬時功率相等條件，從動軸上的轉(zhuǎn)矩為 =或= 當(dāng)=90和270時，從動軸上的轉(zhuǎn)矩達到最大值 =/ 當(dāng)=0和180時，從動軸上的轉(zhuǎn)矩減小到最小值。 = 由轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生作用于主動軸叉孔和十字軸頸處的圓周力=/。作用于從動軸叉孔和十字軸頸處的圓周力=/,其最大值 =/ 當(dāng)軸間角不等于零時，由于主從動軸叉的回轉(zhuǎn)平面不在同一平面，因而產(chǎn)生附加彎矩，其值

33、與主動軸轉(zhuǎn)角和軸間角的大小有關(guān)，當(dāng)處于圖7.5b所示位置，即當(dāng)=900或=2700時，作用在主動軸叉上的附加彎矩達到最大值。 = a）從動軸受到最大附加彎矩（=0、=180） b）從動軸受到最大附加彎矩（=90、=270） 圖7.5 十字軸式萬向聯(lián)軸器的附加彎矩 當(dāng)聯(lián)軸器主從動軸叉處在圖7.5a所示位置，即=0或=180時，作用在從動軸叉上的附加彎矩達到最大值。 = 由附加彎矩在十字軸軸頸與軸叉孔處產(chǎn)生附加作用力為F 在主動軸叉上附加作用力的最大值 =/2R= 在從動軸叉上附加作用力的最大值 =/2R= 此外，從主動軸的軸間角較大，轉(zhuǎn)速較高時，還應(yīng)計及由于從動軸轉(zhuǎn)

34、波動引起的附加慣性轉(zhuǎn)矩 == 7.5 十字軸式萬向聯(lián)軸器的主要元件 7.5.1十字軸的結(jié)構(gòu)和計算 十字軸的結(jié)構(gòu)中，在互相垂直的四個軸頸的中心，有彼此貫通的供油通道，潤滑劑從與兩軸頸成45的進油口注入，并從軸頸端部的油槽流到軸承表面。潤滑劑也可從軸頸端部或十字軸中部注入，后兩種不是因使用不方便就是因維護保養(yǎng)困難，故應(yīng)用廣。 十字軸的材料一般為中碳合金鋼，如40Cr、42CrMo；或低碳合金鋼，如18CrMoTi、20MnVB、20 CrMo等，經(jīng)滲碳淬火后，表面硬度達58～64HRC。十字軸的主要失效形式是軸頸在軸肩處的彎曲強度不足，其彎曲強度條件為 ≤ 式中，——聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩

35、（Nmm） ——十字軸中心到軸頸中部的距離（mm） ——軸頸中部至軸肩的距離（mm） 、——軸頸直徑和內(nèi)徑（mm） ——十字軸材料的許用彎曲應(yīng)力，一般取 =/(3～3.5)(MPa) 當(dāng)軸肩圓角半徑過?。ㄒ话銘?yīng)使r/d＞0.1，且r≥3mm），或載荷不穩(wěn)定，應(yīng)力變化較大時，還應(yīng)按彎曲疲勞強度校核軸肩處的安全系數(shù) 7.5.2十字軸軸承 1）十字軸軸承的主要尺寸，十字軸所用滾動軸承一般都沒有內(nèi)圈和外圈，直接以軸頸表面作為內(nèi)圈滾道，外滾道則制在軸承套圈的內(nèi)表面上。 當(dāng)軸承套圈外徑尺寸一定時，套圈的壁厚與滾動元件直徑有關(guān)。滾針的直徑，一般不應(yīng)小于1.6mm以免壓碎，對無保持架的軸承，

36、套圈壁厚h與滾動元件直徑的關(guān)系為 對滾針軸承 當(dāng)=2～3mm，h=（1.5～1.9） 當(dāng)=3.5～4mm，h=（1.9～2.1） 當(dāng)=5～6mm，h≥ 對滾子軸承，可取h=（0.75～0.85） 滾針的長度一般不宜超過軸頸的長度，使其有較高的承載能力而不致因滾針過長發(fā)生歪斜而造成載荷集中。滾針在軸向的游隙x一般不應(yīng)超過0.2～0.4mm。 滾針之間沿周向亦應(yīng)具有適量間隙，由于十字軸軸承是在擺動狀態(tài)下工作，因此可以允許選取較小的間隙，滾針沿周向的平均間隙與滾針直徑關(guān)系為 式中，z——滾針數(shù)目。 滾針間平均間隙的最小值≥0.005mm，但≤0.025mm。實際上，無保持架時滾

37、針分布不會均勻，因此還應(yīng)控制滾針沿周向的總間隙，不宜過大，以防止?jié)L針歪斜，一般總間隙≤0.5mm或滾針直徑的2/5。 （2）十字軸軸承的計算 驗算滾針或滾子與軸頸的接觸應(yīng)力 ≤ 式中，b——滾針或滾子的有效接觸長度（mm） d——軸頸直徑（mm） P——滾針或滾子上所受的最大徑向力（N） P= ——軸承上的徑向載荷（N），可按式（=/）計算 ——許用接觸應(yīng)力，對常用材料軸承鋼，HRC＞50可取=2000～2240MPa。 驗算軸承的壽命 式中，n——聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速（r/min） ——軸間角（）； ——聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩（Nmm） R——十字軸中心至軸頸中部的距離（mm

38、） C——軸承的額定動載荷（N）,可查滾動軸承手冊。 滾動軸承的承載能力，可按工作是允許承受的載荷進行計算 = 式中，十字軸的轉(zhuǎn)速=n n——聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速（r/min）‘ ——聯(lián)軸器兩軸間的夾角（） Z、d、l——分別為滾針的數(shù)目、直徑和長度（cm）。 =/2R 7.5.3中間軸的結(jié)構(gòu)和計算 中間軸一般都比較長為了減輕重量，常采用空心軸結(jié)構(gòu)形式。由于存在軸間角和制造與安裝誤差，除了主從動軸不能保持同步回轉(zhuǎn)外，還會引起中間軸搖擺并沿軸線產(chǎn)生微量的移動。為了避免軸向移動引起軸向力，中間軸常采用可動的連接形式，如花鍵連接。 1）中間軸的平衡——為了消除不平衡慣性力引起的噪聲和震動

39、，對轉(zhuǎn)速較高的聯(lián)軸器需要進行平衡校正，由于不平衡慣性力主要由于中間軸產(chǎn)生，因此一般都是在中間軸上加設(shè)平衡塊進行平衡。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1000 r/min，且中間軸較長時，除靜平衡以外，還應(yīng)進行動平衡。 2）臨界轉(zhuǎn)速 如將中間軸兩端當(dāng)作鉸鏈支座，對于圓形截面的鋼軸，橫向振動時的臨界轉(zhuǎn)速可按下式計算 式中，——中間軸外徑（mm） ——中間軸內(nèi)徑（mm） A——中間軸長度（mm），取十字軸中心之間的距離。為了不產(chǎn)生共振，聯(lián)軸器工作時的最高轉(zhuǎn)速應(yīng)低于臨界轉(zhuǎn)速（0.65～0.7）倍。此外，還可按一般空心軸受轉(zhuǎn)矩計算中間軸的強度和花鍵聯(lián)接的強度。 7.5.4軸叉 軸叉與十字軸組成

40、連接支承，在聯(lián)軸器工作過程中，產(chǎn)生支撐反力，軸叉體受到彎曲和剪切，一般在與十字軸軸孔中心線成45的截面NN上產(chǎn)生的應(yīng)力最大，可作為強度計算時的危險截面，危險截面的形狀比較復(fù)雜，為了簡化計算，按實際情況可轉(zhuǎn)化為橢圓或矩形截面，驗算NN截面上的彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力。  8 對十字軸式萬向聯(lián)軸器問題的改進 有以上分析可以得出相應(yīng)的改進方法如下： 1、由于裂紋根源與斷裂處均從軸根部的過渡圓角處發(fā)生，因此可以說明此處的應(yīng)力較為集中，應(yīng)力分布梯度很大。我們可以通過略微增大軸徑，增大處過渡圓角的半徑，并且保持適當(dāng)?shù)谋壤?，使得軸根部的集中應(yīng)力值降低，十字軸的應(yīng)力分布較為均衡。 2、在法蘭叉架尺寸無法改

41、變的情況下，叉架軸承座的的受力F不變，軸承座的中心高度在滿足安裝尺寸及運轉(zhuǎn)傾角的前提下降低，這樣就會使叉架軸承座承受的彎矩減小。并且適當(dāng)增加法蘭的厚度，并在軸承座根部設(shè)計圓弧筋板，使得應(yīng)力集中的部分應(yīng)力平滑過渡，加強法蘭叉架薄弱環(huán)節(jié)的承載強度。 3、對軸承座螺栓在安裝時進行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，保證上下軸承座的完全接觸狀態(tài)，并采取防松措施；增大軸承座螺栓規(guī)格，改進止口尺寸。 4、將剖分式軸承座改為整體式軸承座，避免因螺栓斷裂或松動造成的十字軸損壞。 致 謝 經(jīng)過求學(xué)的風(fēng)風(fēng)雨雨，歷經(jīng)生活的坎坷滄桑。三年的學(xué)習(xí)生活轉(zhuǎn)眼即逝，在外求學(xué)的摔打磨練使我慢慢

42、成熟，老師的孜孜不倦教誨使我慢慢長大。萬事開頭難，剛開始做畢業(yè)設(shè)計時，感覺無從下手，經(jīng)過任老師認真、耐心的指點，慢慢的有了頭緒，這次設(shè)計讓我學(xué)到了很多的知識，回想起這段時間，感到無比的充實。對在設(shè)計和學(xué)習(xí)中給予過我鼓勵、幫助的老師和同學(xué)表示深深的謝意。 本設(shè)計的撰寫是在***老師的精心指導(dǎo)下完成的，此次設(shè)計的每一步都得到了***老師的精心指導(dǎo)，從劉老師那里學(xué)到了很多，開闊了自己的眼界。她淵博的學(xué)術(shù)知識、勤勉的工作作風(fēng)、和藹大度的學(xué)者風(fēng)范，使我受益匪淺、享用終生。老師，您辛苦了。 在此向本設(shè)計所參考文獻的作者們致以崇高的敬意！并祝他們工作順利，合家歡樂。 向在百忙之中評閱本方案并提出寶貴意

43、見的各位評委老師表示最誠摯的謝意，同時向所有關(guān)心、幫助和支持我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝，祝他們工作順利，萬事如意，心想事成！ 由于本人的學(xué)識水平、時間和精力有限，文中肯定有許多不盡人意和不完善之處，我將在以后的工作、學(xué)習(xí)中不斷思考和完善。

44、 2012年02月08日 參考文獻 [1] 機械設(shè)計手冊 單行本 聯(lián)軸器、離合器與制動器.北京：機械工業(yè)出版社,2007年 [2] 機械工程手冊,機械零部件設(shè)計卷：第五卷：北京：機械工業(yè)出版社,1996 [3] 施高義,唐金松,喻懷正等編,聯(lián)軸器.北京：機械工業(yè)出版社,1998 [4] 汪愷主編.機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊：第三卷.北京：機械工業(yè)出版社，1997

45、 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）評審表一 （指導(dǎo)教師用） 班級：09機電3班 姓名： 學(xué)號：*** 評價內(nèi)容 具 體 要 求 分值 評分 調(diào)查論證 能獨立查閱文獻和調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。 10 實驗方案設(shè)計與實驗技能 能正確設(shè)計實驗方案，獨立進行實驗工作。 20 分析與解決問題的能力 能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；能正確處理實驗數(shù)據(jù)；能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論

46、。 20 工作量、 工作態(tài)度 按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大；工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹務(wù)實。 20 質(zhì) 量 綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹合理；實驗正確，分析處理科學(xué)；文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價值。 20 創(chuàng) 新 工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。 10 成 績 100 指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名：

47、 年 月 日 注：各專業(yè)可根據(jù)自己的具體情況，制定出適合本專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計（論文）的具體要求和評分標(biāo)準(zhǔn)。 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）評審表二 （評閱人用） 班級：09機電3班 姓名： 學(xué)號：*** 評價內(nèi)容 具體要求 分值 評分 資料利用 查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力和自己的見解。 15 論文質(zhì)量 綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)果嚴(yán)謹合理；實驗正確，分析處理科學(xué)；文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備

48、、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價值。 50 工作量、難度 工作量飽滿，難度較大。 25 創(chuàng) 新 對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。 10 成 績 100 評閱人評語： 評閱人簽名： 年 月 日 注：各專業(yè)可根據(jù)自己的具體情況，制定出適合本專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計（論文）的具體要求和評分標(biāo)準(zhǔn)。 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院

49、 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯情況記錄 （答辯委員會或答辯小組用） 班級：09機電3班 姓名： 學(xué)號：*** 答 辯 題 目 對學(xué)生回答問題的評語 正確 基本正確 經(jīng)提示回答 不正確 未回答

50、 答辯委員會（或小組）評語： 成績： 答辯負責(zé)人簽名： 年 月 日 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）總成績評定表 班 級 09機電3班 姓 名 學(xué) 號 *** 設(shè)計（論文）題目 十字軸式萬向聯(lián)軸器的分析和改進 成 績 指導(dǎo)教師評分 評閱人評分 答辯評分 總成績 系畢業(yè)設(shè)計（論文）領(lǐng)導(dǎo)小組審核意見： 小組組長簽名： 年 月 日 注：畢業(yè)設(shè)計（論文）總成績中，指導(dǎo)教師評分占40%，評閱人評分占20%，答辯評分占40%。 - 33 -