论文部分内容阅读
【摘要】本文着重分析了十字轴式万向联轴器十字轴、轴承底座和叉架的受力能力，同时采用实体设计分析软件对十字轴、轴承座和叉架设计结构提升和改进等问题进行分析。
【关键词】十字轴式万向联轴器；强度；改进
1、引言
十字轴万向联轴器是一种非常普遍使用的联轴器俗，联轴器属于机械通用零部件范围，是连接原动机和工作机的重要部件，用途非常广泛，在汽车制造、工程运输、造纸机械等众多领域都有较为广泛的应用。然而，目前十字轴式万向联轴在实际使用中经常出现折断、轴承座的连接螺栓不牢固、叉架变形和折断现象等，因此，十字轴式万向联轴器的质量亟需得到提高，本文主要对十字轴式万向联轴器出现的问题及解决对策进行分析。
2、十字轴式万向联轴器存在的问题
2.1轴承座间隙松动、节叉空出现磨损和变形
十字轴式万向联轴器是一种通用的传动基础零件，用来联接不同机构中的两根轴，即主动轴与从动轴，让它们可以一起旋转，进而实现传递扭矩的作用。十字轴的受力点在十字轴的轴头处，轴承座给十字轴的压力来源由滚针轴承承担，不管是滚针、十字轴、轴承座内表面出现了损坏，都会影响轴承座间隙导致其产生松动现象。由于节叉刚度非常差，在经过长期的工作后，节叉空就会出现磨损和变形的问题，这些都会使节叉和轴承的工作配合度降低，出现震动和冲击的现象，导致滚动体之间相互的碰撞，这样不但会让磨损处更加严重还会发出非常大的噪音。
2.2产生冲击现象
法兰叉架和轴承座可以算是悬臂梁结构，轴承座内孔圆四周表面一侧承担压力而另外一侧不受力，轴承座受的力通过连接轴承座的螺栓，让螺栓承担压力，所以螺栓的承受力就非常重要。螺栓的承受力让上轴承和下轴承接触面内出现了接触压力，如果承受力增加那么接触压力也随之增加。所以，这种承受力的变化是随着传递扭矩的增加而增加，如果承受压力非常小，而传递扭矩非常大，那么受力侧的上下轴承座间的压力很有可能会变为零，这时上下轴承座就会产生间隙，如果扭矩减小时，间隙就会消失，这个时候就会出现冲击现象。为了让其正常转动，与其对称的另一个轴承座就会承担更大的压力当轴承座承受不住压力时就会出现断裂的现象，这些问题会降低十字轴的使用寿命。同时，如果螺栓的承受力太大，螺栓的拉力也会增加，这样的话螺栓会很容易被拉断，所以螺栓的承受力必须根据不同的扭矩来确定一个范围，保证上下轴承座的完全接触状态。
3、十字轴式万向联轴器的改进
通过以上分析为了更好的延长十字轴万向联轴器的使用寿命，提高工作效率，减少噪音振动，以及维护保养等问题，必须对十字轴万向联轴器的传统结构进行改进，经过分析研究对结构进行改进的主要设想和做法，简述如下。
3.1增大轴径
由于裂断根源和断裂处都是从轴根部的过渡圆角处产生的，由此可见此处的应力非常大，应力分布梯度较大，我们可以把轴径增大，增加过渡圆交的半径，并且保证适当的比例，可以很好的让轴根部的集中应力值减小，十字轴的应力分布会比较平衡，因为十字轴万向联轴器中最容易受损的地方就是滚针轴承，不管是磨损还是脱落都和滚针轴承的接触应力有关系，让滚针轴承中的接触应力均匀分布可以让十字轴轴颈的接触应力呈梯形分布，越靠近十字轴轴端则接触应力就越大，如果要减小十字轴轴颈的接触应力可以采取锥形结构，如果把十字轴轴颈打造成锥形，可以让滚针在接近十字轴端部的间隙增大，从而使接触应力减小，不过考虑到把十字轴颈改进成锥形非常复杂，所以可以把轴承外表面改进成锥形。
3.2改善轴承润滑条件
改进滚针轴承的润滑和密封条件，在十字轴轴颈上开沟槽，由于十字轴万向联轴器中滚针轴承作有限摆动，传统结构把十字轴轴颈打造成光滑的表面，这样就不能在滚动表面形成完整的油膜，所以为了改进润滑条件，就必须在十字轴轴颈上开出断续的螺旋形状的沟槽，把沟槽间的圆柱面当作滚针的接触表面，所以沟槽可以很好的储存润滑剂，利用惯性力的作用增强润滑的效果，把十字轴中做出偏心孔，传统的十字轴轴颈有直通的油孔，如果在十字軸中做出偏心孔，各孔的偏心距离均衡，相邻轴颈中孔的偏心方向相反，均偏向于轴颈的受力面，这样的做法可以很好的减小十字轴轴颈受力面的压力，运转时借助于弹性变形使承受面积增强，这样可以降低接触压力并趋于均匀分布。
3.3降低轴承座的中心高度
如果在法兰叉架尺度不能改变的情况下，轴承座的中心高度在满足安装尺度的前提下降低，这样可以很好的让叉架轴承座承担的弯矩降低，增强法兰叉架刚度，叉架的变形和磨损问题都与叉架刚度不够强有关系，所以叉架刚度的增强是非常有必要的，增强叉架应该把叉架孔的中心线接近叉架体，加大两叉孔端面的距离，应该采用较小的滚针轴承，经过这样的改进后叉架刚度可以增强一半而且还可以减轻叉架的自身重量。
3.4轴承座螺栓需预紧
轴承座螺栓是起到固定作用所以非常重要，在安装时必须要进行适当的预紧，要确保上下轴承座的完全接触状态，而且还要采取防松措施，增加轴承座螺栓的规格改进止口尺寸，还应该把部分轴承座改进为整体式轴承座，避免因为螺栓断裂或松动而造成十字轴损坏的现象。
3.5加强轴向压力
防止十字轴轴向移动，在十字轴万向联轴器高速运转时，由于轴承在离心惯性力作用下使十字轴端面与轴承底部的间隙加大这样会使十字轴轴向移动，为了防止这样的危险现象，可以在轴承上加强轴向压力来平衡由于高速运转中产生的惯性力，但是在转速降低时，轴承与十字轴端面会因为压力过高而磨损比较严重，轴承温度升高，所以在轴承座底部要焊上具有弹性的盖板来防止十字轴轴向移动。
结语：
十字轴万向联轴器的结构改善还有很多方法和途径，比如让滚针轴承中的接触应力均匀分布，改进滚针轴承的润滑和密封程度，防止十字轴轴向移动，增强法兰叉架的刚度等，本文举出的结构改进措施，都是为了扩展产品的改革思路，在传统结构进行实际改革时，应该根据产品的使用要求和生产的实际情况进行深入探讨研究。
参考文献：
[1]郑红梅，姜子刚，朱长江.轧机万向联轴器十字轴断裂分析与改进设计[J].机械设计与制造，2014，05：14-17.
[2]夏清华，杨丰产，葛燕飞，刘火根.十字轴式万向联轴器十字轴总成标准化设计[J].重型机械，2014，04：80-82.
[3]黄晓静，王晓凌.十字轴式万向联轴器标准发展综述[J].机械工业标准化与质量，2016，07：9-11.
【关键词】十字轴式万向联轴器；强度；改进
1、引言
十字轴万向联轴器是一种非常普遍使用的联轴器俗，联轴器属于机械通用零部件范围，是连接原动机和工作机的重要部件，用途非常广泛，在汽车制造、工程运输、造纸机械等众多领域都有较为广泛的应用。然而，目前十字轴式万向联轴在实际使用中经常出现折断、轴承座的连接螺栓不牢固、叉架变形和折断现象等，因此，十字轴式万向联轴器的质量亟需得到提高，本文主要对十字轴式万向联轴器出现的问题及解决对策进行分析。
2、十字轴式万向联轴器存在的问题
2.1轴承座间隙松动、节叉空出现磨损和变形
十字轴式万向联轴器是一种通用的传动基础零件，用来联接不同机构中的两根轴，即主动轴与从动轴，让它们可以一起旋转，进而实现传递扭矩的作用。十字轴的受力点在十字轴的轴头处，轴承座给十字轴的压力来源由滚针轴承承担，不管是滚针、十字轴、轴承座内表面出现了损坏，都会影响轴承座间隙导致其产生松动现象。由于节叉刚度非常差，在经过长期的工作后，节叉空就会出现磨损和变形的问题，这些都会使节叉和轴承的工作配合度降低，出现震动和冲击的现象，导致滚动体之间相互的碰撞，这样不但会让磨损处更加严重还会发出非常大的噪音。
2.2产生冲击现象
法兰叉架和轴承座可以算是悬臂梁结构，轴承座内孔圆四周表面一侧承担压力而另外一侧不受力，轴承座受的力通过连接轴承座的螺栓，让螺栓承担压力，所以螺栓的承受力就非常重要。螺栓的承受力让上轴承和下轴承接触面内出现了接触压力，如果承受力增加那么接触压力也随之增加。所以，这种承受力的变化是随着传递扭矩的增加而增加，如果承受压力非常小，而传递扭矩非常大，那么受力侧的上下轴承座间的压力很有可能会变为零，这时上下轴承座就会产生间隙，如果扭矩减小时，间隙就会消失，这个时候就会出现冲击现象。为了让其正常转动，与其对称的另一个轴承座就会承担更大的压力当轴承座承受不住压力时就会出现断裂的现象，这些问题会降低十字轴的使用寿命。同时，如果螺栓的承受力太大，螺栓的拉力也会增加，这样的话螺栓会很容易被拉断，所以螺栓的承受力必须根据不同的扭矩来确定一个范围，保证上下轴承座的完全接触状态。
3、十字轴式万向联轴器的改进
通过以上分析为了更好的延长十字轴万向联轴器的使用寿命，提高工作效率，减少噪音振动，以及维护保养等问题，必须对十字轴万向联轴器的传统结构进行改进，经过分析研究对结构进行改进的主要设想和做法，简述如下。
3.1增大轴径
由于裂断根源和断裂处都是从轴根部的过渡圆角处产生的，由此可见此处的应力非常大，应力分布梯度较大，我们可以把轴径增大，增加过渡圆交的半径，并且保证适当的比例，可以很好的让轴根部的集中应力值减小，十字轴的应力分布会比较平衡，因为十字轴万向联轴器中最容易受损的地方就是滚针轴承，不管是磨损还是脱落都和滚针轴承的接触应力有关系，让滚针轴承中的接触应力均匀分布可以让十字轴轴颈的接触应力呈梯形分布，越靠近十字轴轴端则接触应力就越大，如果要减小十字轴轴颈的接触应力可以采取锥形结构，如果把十字轴轴颈打造成锥形，可以让滚针在接近十字轴端部的间隙增大，从而使接触应力减小，不过考虑到把十字轴颈改进成锥形非常复杂，所以可以把轴承外表面改进成锥形。
3.2改善轴承润滑条件
改进滚针轴承的润滑和密封条件，在十字轴轴颈上开沟槽，由于十字轴万向联轴器中滚针轴承作有限摆动，传统结构把十字轴轴颈打造成光滑的表面，这样就不能在滚动表面形成完整的油膜，所以为了改进润滑条件，就必须在十字轴轴颈上开出断续的螺旋形状的沟槽，把沟槽间的圆柱面当作滚针的接触表面，所以沟槽可以很好的储存润滑剂，利用惯性力的作用增强润滑的效果，把十字轴中做出偏心孔，传统的十字轴轴颈有直通的油孔，如果在十字軸中做出偏心孔，各孔的偏心距离均衡，相邻轴颈中孔的偏心方向相反，均偏向于轴颈的受力面，这样的做法可以很好的减小十字轴轴颈受力面的压力，运转时借助于弹性变形使承受面积增强，这样可以降低接触压力并趋于均匀分布。
3.3降低轴承座的中心高度
如果在法兰叉架尺度不能改变的情况下，轴承座的中心高度在满足安装尺度的前提下降低，这样可以很好的让叉架轴承座承担的弯矩降低，增强法兰叉架刚度，叉架的变形和磨损问题都与叉架刚度不够强有关系，所以叉架刚度的增强是非常有必要的，增强叉架应该把叉架孔的中心线接近叉架体，加大两叉孔端面的距离，应该采用较小的滚针轴承，经过这样的改进后叉架刚度可以增强一半而且还可以减轻叉架的自身重量。
3.4轴承座螺栓需预紧
轴承座螺栓是起到固定作用所以非常重要，在安装时必须要进行适当的预紧，要确保上下轴承座的完全接触状态，而且还要采取防松措施，增加轴承座螺栓的规格改进止口尺寸，还应该把部分轴承座改进为整体式轴承座，避免因为螺栓断裂或松动而造成十字轴损坏的现象。
3.5加强轴向压力
防止十字轴轴向移动，在十字轴万向联轴器高速运转时，由于轴承在离心惯性力作用下使十字轴端面与轴承底部的间隙加大这样会使十字轴轴向移动，为了防止这样的危险现象，可以在轴承上加强轴向压力来平衡由于高速运转中产生的惯性力，但是在转速降低时，轴承与十字轴端面会因为压力过高而磨损比较严重，轴承温度升高，所以在轴承座底部要焊上具有弹性的盖板来防止十字轴轴向移动。
结语：
十字轴万向联轴器的结构改善还有很多方法和途径，比如让滚针轴承中的接触应力均匀分布，改进滚针轴承的润滑和密封程度，防止十字轴轴向移动，增强法兰叉架的刚度等，本文举出的结构改进措施，都是为了扩展产品的改革思路，在传统结构进行实际改革时，应该根据产品的使用要求和生产的实际情况进行深入探讨研究。
参考文献：
[1]郑红梅，姜子刚，朱长江.轧机万向联轴器十字轴断裂分析与改进设计[J].机械设计与制造，2014，05：14-17.
[2]夏清华，杨丰产，葛燕飞，刘火根.十字轴式万向联轴器十字轴总成标准化设计[J].重型机械，2014，04：80-82.
[3]黄晓静，王晓凌.十字轴式万向联轴器标准发展综述[J].机械工业标准化与质量，2016，07：9-11.