【文章內(nèi)容簡介】 動(dòng)軸間沒有轉(zhuǎn)角差，消除了主動(dòng)軸等速回轉(zhuǎn)而從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速變 速波動(dòng)的現(xiàn)象。為此，絕大多數(shù)場合下，雙萬向聯(lián)軸器在安裝時(shí)必須滿足以下三個(gè)條件 : 1）中間軸與主、從動(dòng)軸的軸間角α 1 、α 2應(yīng)相等 。 2）中間軸兩端軸叉應(yīng)位于同一平面內(nèi) 。 3）主、從動(dòng)軸和中間軸三軸的軸線應(yīng)在同一平面內(nèi)。 圖示 27 a） Z 型布置 平移調(diào)整 b） W 型布置 — 角向調(diào)整 在聯(lián)軸器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，主、從動(dòng)軸需要相對移動(dòng)時(shí)，為了滿足上述三個(gè)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，對于要求平行位移的線，應(yīng)采用圖 26a的 Z型布置，對于要求有角位移的軸線，宜采用圖 26b的 W型布置，如若中 間軸與主、從動(dòng)軸的軸間角不相等，即α 1≠α 2，或三軸的軸線不是位于同一平面時(shí)（圖 27），就不能保持主、從動(dòng)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角差和從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)現(xiàn)象與各軸線的相對位置有關(guān)。 上理工大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 a)ZZ 型 b)WW 型 c)ZW 型 d)WZ 型 圖 28 雙萬向聯(lián)軸器主、從動(dòng)軸的空間布置形式 主動(dòng)軸與中間軸在空間的軸間角γ 1 可用下式表示： tgγ 1= 1212 ?? tgtg ? ?????? (28) 同樣，從動(dòng)軸與中間軸在空間的軸間角γ 2的關(guān)系式： tgγ 2= 2222 ?? tgtg ? ?????? (29) 以上兩式中：α α 2――主、從動(dòng)軸與中間軸在垂直面上的夾角； β β 2――主、從動(dòng)軸與中間軸在水平面上的夾角。 設(shè) : tgφ 1=tgα 1/tgβ 1?????? (210a) tgφ 2=tgα 2/tgβ 2?????? (210b) 式中：φ φ 2――主、從動(dòng)軸在垂直中間軸平面內(nèi)與水平面的夾角。 在垂直中間軸平面內(nèi)，主從動(dòng)軸之間的軸間角θ與軸線之間的空間布置有關(guān)（圖 29）。 圖 29 WZ 型主、從動(dòng)軸軸線的 空間關(guān)系 1－主動(dòng)軸 2－從動(dòng)軸 3－中間軸 對 ZZ 型和 WW 型 θ =φ 1φ 2???????? ??? ?（ 211a） 上理工大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 對 ZW 型和 WZ 型 θ =180176。 φ 1φ 2?????????（ 211b） 參照式（ 23），對雙向聯(lián)軸器，當(dāng)主、從動(dòng)軸與中間軸不在同平面時(shí)，主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角差表達(dá)式為： ?????? ?????? ）?????? 90(2s i n42s4 32231 inar c t g ?????（ 212） 對不同的布置方式，式中的θ分別用式（ 211a）或式（ 211b）代入。由式（ 212）可知，主、從動(dòng)軸軸線與中間軸軸線為空間布置時(shí)，即使 ? 1=? 2，由于θ≠ 0，主從動(dòng)軸間仍有轉(zhuǎn)角差。轉(zhuǎn)角差隨 3? 而變，當(dāng) ?????? ?? ???? ） ）? ???? 90(s i n 90(2c os/2 22213 ar c tg ????????（ 213） 轉(zhuǎn)角差達(dá)到最大值。如設(shè) ? 1= ? 2= ? ，此時(shí)當(dāng)θ =90176。，因 ? 3=45176。，因而使轉(zhuǎn)角差達(dá) 到極大值 ? ? 2909045(2s i n90s i n4 22ma x ??? ??????? ????????? ）ar c t g ????（ 214） 與單萬向聯(lián)軸器最大轉(zhuǎn)角差近似（ 24）比較，主、從動(dòng)軸不在同一平面時(shí)，使主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角差增大一倍。 2． 3 萬向節(jié)十字軸設(shè)計(jì)原則 2． 3． 1 按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)十字軸 利用材料力學(xué)方法，對十字軸按有外殼包圍的懸臂梁 (固定梁 )承受彎曲載荷的情況來計(jì)算軸頸直徑這一主要結(jié)構(gòu)參數(shù)， 如圖 2 一 10 所示 : 上理工大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 210 十字軸的軸頸直徑 十字軸所采用的材料為 20CrMnTi,其材料力學(xué)性能如下： 抗拉強(qiáng)度 σb (MPa) ： ≥1080 屈 服強(qiáng)度 σs (MPa) ： ≥835 伸長率 δ5 (%) ： ≥10 斷面收縮率 ψ (%) ： ≥45 沖擊功 Akv (J)： ≥55 沖擊韌性值 αkv (J/cm2) ： ≥69 硬度： ≤217HB II 面的彎矩 MII， MlI=F a=Wbδ s????????????(2－ 15) 轉(zhuǎn)矩 : T=F 2R?????????? ??? (2－ 16) 由上述兩式求得從動(dòng)軸十字軸軸頸上得受力最大值 : sdaF ??? ??? 332cos ? ??????????? ?（ 217） 從式（ 216）、（ 217）可求得： 33 c os16c os32bb RTaFd ??? ???? ??? ????? ??????（ 218） 60835c os 1081π 2671163 ???? ??? 2． 3． 2 按表面應(yīng)力設(shè)計(jì)十字軸 利用赫茲理論，可以計(jì)算滾動(dòng)體（滾針或滾子）與十字軸軸頸的表面接觸應(yīng)力，其公式如下所示： б H=270 ? ?Hrddbp ?????????? ? 11????? ?? ??（ 219） 式中： b－滾針或滾子的有效接觸長度 mm dr－滾針和滾子的直徑 mm。 D－十字軸軸頸 mm。 P－滾針或滾子 的直徑 mm； P= F－軸承上徑向載荷 N； Z－每排滾針或滾子數(shù)目 。 ? ?H? — 許用接觸應(yīng)力 N/mm2，一般取 ? ?H? =2021～ 2400 N/mm2。 十字軸是萬向聯(lián)軸器的主要零件之一，在傳遞最大扭矩時(shí)其十字軸軸頸不應(yīng)發(fā)生彎曲疲勞損壞。 十字軸在傳遞扭矩時(shí)受集中載荷，如圖所示，其中危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力為： )(32 441 1iII dd FSd??? ??（ Mpa）???? (220) 上理工大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 式中： F－十 字軸軸頸的作用力（ N） R－作用力半徑 d－十字軸直徑 d1－十字軸 II 斷面處直徑 S－作用力至 II斷面距離 di－十字軸中心孔直徑， di=8mm 圖 211 十字軸 2． 4 軸承的壽命計(jì)算 2． 4． 1 軸承的動(dòng) 扭矩 軸承的動(dòng)扭矩是萬向聯(lián)軸器軸承座的動(dòng)載荷與軸頸有效范圍傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸軸矩之乘積。 Ti=fc Lz7/9 z3/4 dz29/27 2R 106KN M???? (221) 式中： fc－取決于軸承型式的系數(shù)（此處取 fc=95） Lz－滾柱與滾面間接觸線長度（ mm） (Lz=2021mm) Dz－滾柱直徑（ mm） 。 Ti－軸承的動(dòng)扭矩（ KN m） 。 2． 4． 2 軸承的壽命計(jì)算 Lh= 3/107 110 ?????????miTTn ? ?????（ 222） 式中： Lh－使用壽命（ h） N－萬向聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速，（ n=100rpm） β－聯(lián)軸器工作傾角 ≤ 10176。 ，（β =5176。） Ti－軸承的動(dòng)扭矩，按（ 221）式計(jì)算； Tm=聯(lián)軸器工作時(shí)的平均扭矩，取 Tm= Tn= 71=(KN m） 通過（ 222）式得出使用壽命為 5000h。 上理工大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 2． 5 法蘭叉頭 2． 5． 1 法蘭叉頭的作用 法蘭叉 頭 的法蘭 底座 與減速機(jī) ( 或等速機(jī) ) 輸出軸的法蘭接座的法蘭及工作端的法蘭接座的法蘭通過端面鍵或端面齒相嚙合并用螺栓緊固達(dá)到可靠地聯(lián)接 ， 從而實(shí)現(xiàn)萬向聯(lián)軸器傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的目的。 萬向聯(lián)軸器在使用一定時(shí)間之后 往往發(fā)生 法蘭叉 頭 的法蘭從端面鍵或螺孔所對應(yīng)的法蘭外緣 撕開 , 裂紋不斷向法蘭內(nèi)部延伸直至 法蘭叉架 被破壞 。 所以法 蘭叉架的厚度 , 即 法蘭軸向截面的確定 ， 在法蘭叉架的材質(zhì)、工藝確定之后 , 在法蘭的設(shè)計(jì)中是極為重要的。 2． 5． 2 叉頭軸孔部位的應(yīng)力計(jì)算 最大應(yīng)力 ??????? ????? (225) 式中 ： F— 叉頭所受集中載荷 (N) — 叉頭軸承孔直徑 (mm) L— 軸承套長度 (mm) r— 叉頭頂圓半徑（ mm） 圖 215 法蘭叉頭 2． 5． 3 叉頭根部應(yīng)力 上理工大學(xué)?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 根據(jù)理論分析叉頭根部 II 斷面應(yīng)力最大，如圖 216所示其幾何圖形 圖 216 叉頭根部 II 斷面 彎曲應(yīng)力 ???????????? (226) 式中： F作用在叉頭軸承孔中心線集中載荷（ N）按式 (221)計(jì)算 H叉頭軸承孔中 心線叉頭法蘭端面距離（ mm） H2叉頭 II斷面到叉頭法蘭端面距離； L2叉頭 II斷面處寬度； σ 叉頭 II斷面處的最大彎曲應(yīng)力； 叉頭 II斷面處對 Z軸的慣性扭矩 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 ???????? (227) 式中： 叉頭 II 斷面的最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為 MPa； 萬向 聯(lián)軸器 所承受的最大 扭矩 （ KN m）； 叉 頭 II 斷面處慣性扭矩 ； 按照第四強(qiáng)度理論，叉頭 II斷面最大等效應(yīng)力： ???????? (228) 上理工大學(xué)專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第三章 萬向軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3． 1 概述 本章主要介紹萬向軸以及 相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，十字萬向軸標(biāo)準(zhǔn)及選用計(jì)算，萬向軸的選型原則 等內(nèi)容。 3． 2 十字軸總成游隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3． 2． 1 滾動(dòng)體和軸向推力軸承分類 滾動(dòng)體的類型 (分為圓柱滾針和圓柱滾子 )以及是否采用滑動(dòng)推力軸承或用圓柱滾子推 力軸承主要與 萬向聯(lián)軸器的回轉(zhuǎn)直徑大小、傳遞轉(zhuǎn)矩的特征轉(zhuǎn)速有關(guān)。一般以傳遞運(yùn)動(dòng)為主而傳遞轉(zhuǎn)上理工大學(xué)專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 矩較小的萬向聯(lián)軸器多采用滾針軸承，在十字軸軸頭端面采用滑動(dòng)推力軸承，如圖 31a 所示。 圖 31 滾動(dòng)體和軸向推力軸承分類 （ 1） 對于轉(zhuǎn)速在 300r/min 以下，回轉(zhuǎn)直徑Ф 150mm至Ф 620mm以傳遞轉(zhuǎn)矩為主的萬向聯(lián)軸器宜采用如圖 3－ 1b 所示的軸承結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)體采用 2~4 列的圓柱滾子，滑動(dòng)推力軸承可以置于十字軸的根部，也可以置于十字軸的軸頭部位，其特點(diǎn)可以承受較大的轉(zhuǎn)矩、制造相對比較簡單。 本設(shè)計(jì)聯(lián)軸器轉(zhuǎn)直徑為 250mm,送輥轉(zhuǎn)速 n=100rpm，故采用這類軸承結(jié)構(gòu)。 （ 2） 對于轉(zhuǎn)速在 300r/min 以上，回轉(zhuǎn)直徑Ф 225mm 至Ф 390mm 以傳遞轉(zhuǎn)矩為主，同時(shí)動(dòng)平衡要求較高的萬向聯(lián)軸器宜采用如圖 3－ 1c 所示的軸承結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)體采用 2 一 3 列的圓柱滾子，采用圓柱滾子推力軸承，一般置于十字軸的軸頭部位，其特點(diǎn)可以減輕十字軸的軸頭摩擦、增加關(guān)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活性、延長萬向聯(lián)軸器的使用壽命。 （ 3） 回轉(zhuǎn)直徑超過Ф 680mm 的萬向聯(lián)軸器，因其傳遞的轉(zhuǎn)矩大、自身質(zhì)量重的原因，圓柱滾子推力軸承一般置于十字軸的軸頭部位，也可以置于十字軸的根部，如圖 3－ 1d 所示，徑向圓柱滾子設(shè)計(jì)成 4～ 5列，圓柱滾子如設(shè)計(jì)成凸度狀，可以降低圓柱滾子兩端的接觸應(yīng)力，以免碎裂。 圖 32 軸承 3． 2． 2 軸承游隙及主