十字联轴器

河南质量工程职业学院毕业设计河南质量工程职业学院毕业设计（论文）题目：十字轴式万向联轴器的分析和改进系别：机电工程系专业：机电一体化班级：学生姓名：指导老师：完成日期：2012年02月08日河南质量工程职业学院毕业设计（论文）任务书班级***学生姓名指导教师***设计（论文）题目十字轴式万向联轴器的分析与改进主要研究内容十字轴式万向联轴器是一类容许两轴间具有较大的角位移的联轴器，适用于有较大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35°～45°，而且在运转过程可以随时改变两轴的轴间角，其最大特点是：具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。主要技术指标或研究目标在生产和应用的过程中，十字轴式万向联轴器存在着一系列的的问题，如轴承座螺栓断裂、十字轴断裂等。此次设计的目的是为了对这些问题进行深入的分析，并进行合理的改进，以避免其再次出现。基本要求1.确定零件所用的材料2.确定零件设计的基本结构3.完成整个零件的结构图及部分零件模具图样的设计图纸主要参考资料及文献[1]机械设计手册单行本联轴器、离合器与制动器.北京：机械工业出版社,2007年[2]机械工程手册,机械零部件设计卷：第五卷：北京：机械工业出版社,1996[3]施高义,唐金松,喻怀正等编,联轴器.北京：机械工业出版社,1998[4]汪恺主编.机械设计标准应用手册：第三卷.北京：机械工业出版社，1997摘要我毕业设计的零件为十字轴式万向联轴器。联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联河南质量工程职业学院毕业设计-1-接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。万向联轴器用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方，它有多种结构型式，例如：十字轴式、球笼式、球叉式、凸块式、球销式、球铰式、球铰柱塞式、三销式等。其中，十字轴式万向联轴器是应用量较大的万向联轴器。十字轴式万向联轴器是一类容许两轴间具有较大的角位移的联轴器，适用于有较大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35°～45°，而且在运转过程可以随时改变两轴的轴间角，其最大特点是：具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。但在生产和应用的过程中，十字轴式万向联轴器存在着一系列的的问题，如轴承座螺栓断裂、十字轴断裂等。此次设计的目的是为了对这些问题进行深入的分析，并进行合理的改进，以避免其再次出现。关键词：联轴器，十字轴，传动效率，常规失效形式，改进方法AbstractIgraduateddesignedcomponentsforthecrossshaftuniversalcoupling.Commonareasofmechanicalcouplingcomponentsusedtoconnecttwodifferentagenciesintheshaft(drivingshaft河南质量工程职业学院毕业设计-2-anddrivenshaft)tomakeittotransfertorquecommonrotatingmechanicalparts.Mostofthegeneralpowermachinewiththehelpofcouplinglinksthemachinework;mechanicalproductsmostcommonlyuseddriveshaftconnectionparts.Universalcouplingforthetwo-axisdeflectionangleorgreaterhaveagreaterangulardisplacementoftheworkplace,ithasavarietyofstructuraltypes,suchas:cross-axis,ballcage,ballfork,bump-type,-balltype,ballandsockettype,plungertypeballjoints,threepintypeandsoon.Amongthem,thecross-axisistheapplicationofuniversalcouplinguniversalcouplingalargeamount.Cross-axisisatypeofuniversalcouplingbetweenthetwoaxestoallowalargerangulardisplacementofthecouplingforalargerangulardisplacementoftheconnectionbetweenthetwoaxes,thegeneraltwo-axisanglebetweentheaxisupto35°~45°,butalsointherunningprocesscanbechangedatanytimebetweenthetwoaxesoftheshaftangle,anditsmostimportantfeature:alargeangletocompensateforcapacity,compact,hightransmissionefficiency.Butintheprocessofproductionandapplication,crossshaftuniversalcouplingthereisaseriesofproblems,suchasbearingboltfracture,crossshaftfracture.Thedesigngoalistotheseissuesin-depthanalysis,andmakesareasonableimprovement,inordertoavoiditsrecurrence.Keywords:coupling,crossshaft,driveefficiency,conventionalfailuremodes,improvedmethods目录河南质量工程职业学院毕业设计-3-1零件介绍..........................................................-3-1.1零件介绍..........................................................-4-2十字轴式万向联轴器问题分析..................................-5-3十字轴式万向联轴器的应用.....................................-7-4零件的材料及尺寸精度..........................................-8-4.1零件的材料........................................................-8-4.2尺寸精度..........................................................-9-5联轴器的选用程序...............................................-10-6万向联轴器的使用与保养.......................................-12-7零件各部分运动分析............................................-13-7.1十字轴式万向联轴器的单侧运动分析.................................-13-7.2十字轴式万向联轴器的双侧运动分析.................................-14-7.3十字轴式万向联轴器的传动效率.....................................-17-7.4十字轴式万向联轴器的受力分析.....................................-17-7.5十字轴式万向联轴器的主要元件.....................................-19-8对十字轴式万向联轴器问题的改进............................-23-致谢.............................................................-24-参考文献............................................................-25-1零件介绍河南质量工程职业学院毕业设计-4-1.1零件介绍工件名称：十字轴式万向联轴器工件简图：如图1.1所示1、3——半联轴器2——叉形接头4——十字轴5——销钉6——套筒7——圆柱销图1.1十字轴式万向联轴器河南质量工程职业学院毕业设计-5-2十字轴式万向联轴器问题分析联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。而十字轴式万向联轴器作为联轴器的一种，是一种通用的传动基础件，它的主要特点是可联接不在同一轴线的两传动轴系，容许两轴间具有较大的角位移，并能可靠地传递转矩和运动。该联轴器具有承载能力高、使用寿命长、运转平稳、无噪音、轴向补偿量大、维护保养简单等优点。主要用于轧钢机械、起重运输机械、石油钻井机械、工程矿山机械、船舶及其它重型机械。十字轴式万向联轴器的由十字轴、十字轴轴承、中间轴、轴叉等元件组成，传递动力的中间受力元件为十字轴。它在使用的过程中，除了发挥其重要作用外也出现着一系列的问题，这些问题可通过对十字轴、法兰叉架及轴承座的分析得出。2.1对十字轴的分析在十字轴的每个轴头上，轴承座给十字轴的压力由滚针轴承承担，假设该力在沿轴向滚子有效接触长度上均匀分布，则在十字轴断面内，只有受力的半圈轴承滚动体承受载荷，而这半圈内各滚动体承受载荷的大小是不同的，中间的滚动体受力最大，其他的沿两侧逐渐减小，处在最两侧的滚动体受力为零（轴承座内孔的加工精度对此也影响较大）。而十字轴的受力大小则是半圈滚动体所受力的合力。由此，十字轴的受力可简化为大小相同、方向相反的两对力偶。这两对力偶处于主传动与被传动轴所决定的平面内，如不计两轴的倾角，则构成两力偶的力均在十字轴轴线平面内。通过在软件SOLIDWORKS中建立十字轴的实体模型，将实际中十字轴受到的力与力矩作用于十字轴4个轴头受力的半圆柱面上，则可显示整个十字轴的应力值分布、各部位受力后的位移以及及强度安全系数等。分析表明，十字轴头的截面积剪切应力与扭矩完全满足要求，但是轴头根部两过渡圆角的应力值是受力中的最大值，应力梯度非常大，尤其是圆角较小处更是如此，应力集中较为明显，在交变载荷下极易产生疲劳，是裂纹和断裂产生的根源。2.2对法兰叉架及轴承座的分析法兰叉架轴承座可看作是悬臂梁结构，轴承座根部一侧受拉应力，另一侧受压应力，其叉架根部不仅受到大小为F的力作用，还受到力矩为F×H的作用。在此力与力矩的交河南质量工程职业学院毕业设计-6-变作用下，叉架轴承座与法兰连接的根部便是疲劳产生与断裂的根源。由此，轴承座的中心高度H和轴承座根部过渡圆弧大小的结构设计对法兰叉架的强度影响很大。轴承座内孔圆周表面一侧承受压应力，一侧则不受力。轴承座受的力通过连接轴承座的螺栓，使得螺栓承受拉应力，因此，螺栓的预紧力就显得尤为重要。螺栓的预紧力使得上轴承座与下轴承座接触面内产生接触压力，随着预紧力的增大，接触压力也上升。这种预紧力的变化随传递扭矩的增大而增大。如果预紧力较小，而传递扭矩过大，则受力侧的上下轴承座间压力可能下降为零，这时上下轴承座间将出现间隙，而扭矩减小时，间隙会消失，从而产生冲击，而此时为保证传动，与其对称的另一轴承座将会受到很大的力而率先导致疲劳断裂，这对十字轴的使用寿命是极为不利的。另一方面，如果螺栓的预紧量太大，螺栓的拉应力也随着增大，螺栓极易被拉断。由上，我们可将出现的问题概