對十字軸式萬向聯軸器強度分析及改進設計的探究

【摘要】本文著重分析了十字軸式萬向聯軸器十字軸、軸承底座和叉架的受力能力，同時采用實體設計分析軟件對十字軸、軸承座和叉架設計結構提升和改進等問題進行分析。

【關鍵詞】十字軸式萬向聯軸器；強度；改進

1、引言

十字軸萬向聯軸器是一種非常普遍使用的聯軸器俗，聯軸器屬于機械通用零部件范圍，是連接原動機和工作機的重要部件，用途非常廣泛，在汽車制造、工程運輸、造紙機械等眾多領域都有較為廣泛的應用。然而，目前十字軸式萬向聯軸在實際使用中經常出現折斷、軸承座的連接螺栓不牢固、叉架變形和折斷現象等，因此，十字軸式萬向聯軸器的質量亟需得到提高，本文主要對十字軸式萬向聯軸器出現的問題及解決對策進行分析。

2、十字軸式萬向聯軸器存在的問題

2.1軸承座間隙松動、節叉空出現磨損和變形

十字軸式萬向聯軸器是一種通用的傳動基礎零件，用來聯接不同機構中的兩根軸，即主動軸與從動軸，讓它們可以一起旋轉，進而實現傳遞扭矩的作用。十字軸的受力點在十字軸的軸頭處，軸承座給十字軸的壓力來源由滾針軸承承擔，不管是滾針、十字軸、軸承座內表面出現了損壞，都會影響軸承座間隙導致其產生松動現象。由于節叉剛度非常差，在經過長期的工作后，節叉空就會出現磨損和變形的問題，這些都會使節叉和軸承的工作配合度降低，出現震動和沖擊的現象，導致滾動體之間相互的碰撞，這樣不但會讓磨損處更加嚴重還會發出非常大的噪音。

2.2產生沖擊現象

法蘭叉架和軸承座可以算是懸臂梁結構，軸承座內孔圓四周表面一側承擔壓力而另外一側不受力，軸承座受的力通過連接軸承座的螺栓，讓螺栓承擔壓力，所以螺栓的承受力就非常重要。螺栓的承受力讓上軸承和下軸承接觸面內出現了接觸壓力，如果承受力增加那么接觸壓力也隨之增加。所以，這種承受力的變化是隨著傳遞扭矩的增加而增加，如果承受壓力非常小，而傳遞扭矩非常大，那么受力側的上下軸承座間的壓力很有可能會變為零，這時上下軸承座就會產生間隙，如果扭矩減小時，間隙就會消失，這個時候就會出現沖擊現象。為了讓其正常轉動，與其對稱的另一個軸承座就會承擔更大的壓力當軸承座承受不住壓力時就會出現斷裂的現象，這些問題會降低十字軸的使用壽命。同時，如果螺栓的承受力太大，螺栓的拉力也會增加，這樣的話螺栓會很容易被拉斷，所以螺栓的承受力必須根據不同的扭矩來確定一個范圍，保證上下軸承座的完全接觸狀態。

3、十字軸式萬向聯軸器的改進

通過以上分析為了更好的延長十字軸萬向聯軸器的使用壽命，提高工作效率，減少噪音振動，以及維護保養等問題，必須對十字軸萬向聯軸器的傳統結構進行改進，經過分析研究對結構進行改進的主要設想和做法，簡述如下。

3.1增大軸徑

由于裂斷根源和斷裂處都是從軸根部的過渡圓角處產生的，由此可見此處的應力非常大，應力分布梯度較大，我們可以把軸徑增大，增加過渡圓交的半徑，并且保證適當的比例，可以很好的讓軸根部的集中應力值減小，十字軸的應力分布會比較平衡，因為十字軸萬向聯軸器中最容易受損的地方就是滾針軸承，不管是磨損還是脫落都和滾針軸承的接觸應力有關系，讓滾針軸承中的接觸應力均勻分布可以讓十字軸軸頸的接觸應力呈梯形分布，越靠近十字軸軸端則接觸應力就越大，如果要減小十字軸軸頸的接觸應力可以采取錐形結構，如果把十字軸軸頸打造成錐形，可以讓滾針在接近十字軸端部的間隙增大，從而使接觸應力減小，不過考慮到把十字軸頸改進成錐形非常復雜，所以可以把軸承外表面改進成錐形。

3.2改善軸承潤滑條件

改進滾針軸承的潤滑和密封條件，在十字軸軸頸上開溝槽，由于十字軸萬向聯軸器中滾針軸承作有限擺動，傳統結構把十字軸軸頸打造成光滑的表面，這樣就不能在滾動表面形成完整的油膜，所以為了改進潤滑條件，就必須在十字軸軸頸上開出斷續的螺旋形狀的溝槽，把溝槽間的圓柱面當作滾針的接觸表面，所以溝槽可以很好的儲存潤滑劑，利用慣性力的作用增強潤滑的效果，把十字軸中做出偏心孔，傳統的十字軸軸頸有直通的油孔，如果在十字軸中做出偏心孔，各孔的偏心距離均衡，相鄰軸頸中孔的偏心方向相反，均偏向于軸頸的受力面，這樣的做法可以很好的減小十字軸軸頸受力面的壓力，運轉時借助于彈性變形使承受面積增強，這樣可以降低接觸壓力并趨于均勻分布。

3.3降低軸承座的中心高度

如果在法蘭叉架尺度不能改變的情況下，軸承座的中心高度在滿足安裝尺度的前提下降低，這樣可以很好的讓叉架軸承座承擔的彎矩降低，增強法蘭叉架剛度，叉架的變形和磨損問題都與叉架剛度不夠強有關系，所以叉架剛度的增強是非常有必要的，增強叉架應該把叉架孔的中心線接近叉架體，加大兩叉孔端面的距離，應該采用較小的滾針軸承，經過這樣的改進后叉架剛度可以增強一半而且還可以減輕叉架的自身重量。

3.4軸承座螺栓需預緊

軸承座螺栓是起到固定作用所以非常重要，在安裝時必須要進行適當的預緊，要確保上下軸承座的完全接觸狀態，而且還要采取防松措施，增加軸承座螺栓的規格改進止口尺寸，還應該把部分軸承座改進為整體式軸承座，避免因為螺栓斷裂或松動而造成十字軸損壞的現象。

3.5加強軸向壓力

防止十字軸軸向移動，在十字軸萬向聯軸器高速運轉時，由于軸承在離心慣性力作用下使十字軸端面與軸承底部的間隙加大這樣會使十字軸軸向移動，為了防止這樣的危險現象，可以在軸承上加強軸向壓力來平衡由于高速運轉中產生的慣性力，但是在轉速降低時，軸承與十字軸端面會因為壓力過高而磨損比較嚴重，軸承溫度升高，所以在軸承座底部要焊上具有彈性的蓋板來防止十字軸軸向移動。

結語：

十字軸萬向聯軸器的結構改善還有很多方法和途徑，比如讓滾針軸承中的接觸應力均勻分布，改進滾針軸承的潤滑和密封程度，防止十字軸軸向移動，增強法蘭叉架的剛度等，本文舉出的結構改進措施，都是為了擴展產品的改革思路，在傳統結構進行實際改革時，應該根據產品的使用要求和生產的實際情況進行深入探討研究。

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