万向联轴器的选择和校核

万向联轴器的选择和校核
6.2.1选择万向联轴器
万向联轴器可以用于传递两轴不在同一轴线上、两轴线存在较大夹角的情况。

它能实现两轴连续回转，可靠的传递转矩，结构较紧凑，传动效率很高。

为保证传动精度及可靠性，减速器和轧辊之间用万向联轴器连接。

十字轴式万向联轴器、滑块式万向联轴器为两种常用的万向联轴器。

1、十字轴式万向联轴器的优点：
（1）联轴器用滚针轴承，传动效率较高，传动效率可达98.7％~99％，摩擦系数小，。

（2）由于滚动轴承的间隙较小，传动平稳，冲击和振动减小。

（3）在回转半径相同时，可传动大扭矩。

（4）耗油量少，可改善生产环境，维修保养费用减少。

(5)在空行程时，十字轴万向联轴器可减低到30~40dB ，比滑块万向联轴器低很多，满足低噪声要求。

(6)联轴器寿命为2年左右，减少了更换设备的费用。

2、计算转矩：
十字轴万向联轴器应满足强度条件如下；
n a h n c T K K K TK T ≤=α
（6.5）
式中
T —— 联轴器的理论转矩
h K —— 轴承寿命系数，由[10]表41.4-25， h K =1.2 α
K —— 联轴器轴间角系数，由[10]表41.4-26；
α
K =1.4
n K —— 联轴器转速系数，由[10]表41.4-24； n K =1.1 a
K —— 载荷性质系数，由[10]表41.4-9；
a
K =1
c T —— 联轴器的计算转矩
n T —— 联轴器的许用转矩
n P 9550
T η
= (6.6)
P —— 电机的额定功率，
η —— 电机到减速器的输出轴的效率，η=0.850
n —— 减速器输出轴的转速，
6.1950980
n ==
由式（6.6得：
错误!未找到引用源。

由文献[10]表41.4-10选择十字轴万向联轴器型号为SWP250D 型，其主要参数 如下表，
表6.2 万向联轴器的参数
考虑到联轴器中轴承易损，所以选择十字轴的轴承为剖分式，为方便更改
轴承，将轴承压盖进行剖分，。

要用高强度的螺栓（力学性能能按GB3098.1中规定的10、9级）还有螺母（力学性能能按GB3098.2中规定的10级），用于联轴器各配件的连接）；用预紧螺栓将两端法兰联接配件上，依靠法兰端面键来传递转矩。

联接螺栓从相配件的法兰那侧装入，而螺母由另一侧进行旋紧，满足标准。

6.2.2校核万向联轴器 （1）十字轴的结构及计算
十字轴的材料常用中碳合金钢，如CrMo 42、Cr 40；或如CrMoTi 18、
CrMo 20MnVB 20等的低碳合金钢，本设计选用18CrMoTi ， 其机械性能如表6-3所示
图6-1 十字轴示意图
R=100mm, s=25mm, d==50mm ,错误!未找到引用源。

=15mm
表6-3 18CrMoTi 的机械性能 钢号 强度极限（MPa ） 屈服极限（MPa ） 表面硬度（HRC ） 18CrMoTi
1000
800
58~63
轴颈在轴肩处的弯曲强度不够是十字轴轴颈的主要失效形式，弯曲强度条件如下；
错误!未找到引用源。

（6.7）
式中
c
T —— 联轴器计算转矩，
s —— 轴颈中部到轴肩的距离， 25s
0d d 、 —— 轴颈的直径和内径 15d 50d 0==，
R —— 十字轴的中心到轴颈中部距离， 100R =
错误!未找到引用源。

—— 十字轴材料的许用弯曲应力，常取 错误!未找到引用源。

∕(3~3.5)MPa 错误!未找到引用源。

s σ —— 十字轴材料屈服极限
由式（6.7）得：
所以，十字轴的设计满足强度设计要求。

（2）十字轴轴承尺寸的确定及校核
十字轴所用的滚动轴承几乎都没有内、外圈，内圈滚道及轴颈表面，外滚道为轴承套圈的内表面。

滚针长度不能超过轴颈的长度，滚针在轴向的游隙x 应小于0.2~0.4 mm 。

套圈壁厚和滚动元件的直径，在轴承的套圈外径尺寸确定时，有着一定关系。

沿周向，滚针之间也有适量的间隙，以为是在摆动状态下工作，所以允许有很小的间隙，沿周向滚针的平均间隙和滚针的直径关系如下
()r r d z 180sin
d d f -︒
+= （6.8）
式中：
z —— 滚针的数目,由式（6.8），Z=48
f —— 滚针的平均间隙，通常取 0.005≤f ≤0.025
滚针或滚子和轴颈之间的接触应力旳验算
[]H r H d 1d 1b P 270
σσ≤⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+= （6.9）
式中 ： b —— 滚针或滚子的有效接触长度,b=40mm
d —— 滚颈的直径
r d —— 滚针或滚子的直径, 取错误!未找到引用源。

P —— 滚针或滚子的最大径向力，
z F 6.4P t
=
（6.10）
t F —— 轴承的径向载荷，
∂⨯⨯=
cos R 2T
F t （6.11）
KN
56.6010cos 100211928
F t =︒⨯⨯=
[]H σ —— 许用的接触应力，
常用材料的轴承钢可取：
[]MPa 2240~2000H =σ 由式（6.9）得：
错误!未找到引用源。

错误!未找到引用源。

在2000~2240范围内，因此满足设计要求。

（3）中间轴的结构及计算
中间轴通常采用空心轴来减轻重量，是因为该轴的长度很大。

在轴间角的制造和安装的过程中存在着一定的误差，所以，中间轴采用可动的联接型式来避免轴向的移动引起的轴向力。

通常在中间轴上加设平衡块来平衡中间轴产生的不平衡的惯性力，这样还可以消除噪声和振动，对转速较高的联轴器，还需要进行平行校正。

万向联轴器临界转速： 参考[10]表41.4-7
0D mm
168= ， mm 100d =
22208
c A
d D 10
2.1n +⨯=
（6.12）
式中
D —— 中间轴的外径
d ——中间轴的内经
A —— 中间轴的长度，即中间轴两端的十字轴中心之间的距离。

取：mm 690A = 由式（6.12）得：
2
2
28
c 69010016810
2.1n +⨯=r/min 49278= 为避免共振的产生，联轴器工作时的最高转速n 要小于临界转速的（0.65~0.7）
c n 倍。

中间轴以传递转矩为主，通常按下式校核其扭转强度。

[]
T 3
3c
T D d 1D T 16τπτ≤⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=
（6.13）
式中：
[]T τ—— 许用扭转的剪应力
D —— 中间轴的外径
d —— 中间轴的内经 C
T —— 联轴器的计算转矩
⎥⎥
⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯=4
3
9
T 168100116810042.2216πτ
MPa 93.36T =τ
[]()[]MPa 270800100015.0~14.0T =+=τ
所以中间轴满足设计的要求。

（4）轴叉
组成联接支承的两部分为十字轴和轴叉，支承反力会在工作中产生，受到弯曲和剪切的轴叉，通常在截面NN 上即十字轴轴孔的中心线处所产生的应力最大.
图6-2万向接轴轴叉示意图
[]F σαησ≤==
W cos R 2C
T W M 2F （6.14）
[]F ταηττ
τ≤==
W cos R 2C T W M 2F （6.15）
式中：
2T ——输出轴上负载转矩；联轴器η⋅=12T T η——十字轴联轴器的效率；
W ——危险截面的抗弯截面系数，
32bh
2
W π=
C ——轴叉孔的力作用点到危险截面的距离；
T W ——危险截面的抗扭截面系数，
16bh W 2
T π=
；
α——轴间角；
由式的 ：
321004014.310cos 99.0100240
10118092
3F ⨯⨯⨯
︒⨯⨯⨯⨯⨯=
σ
MPa 6.61F =σ
161004014.310cos 99.0100240
10118092
3F ⨯⨯⨯
︒⨯⨯⨯⨯⨯=
τ
所以，轴叉符合要求。

MPa F 8.30=τ。