大功率萬(wàn)向聯(lián)軸器應(yīng)用

十字軸是萬(wàn)向聯(lián)軸器的主要受力部件,其強(qiáng)度和壽命決定了萬(wàn)向聯(lián)軸器的使用壽命。改進(jìn)十字軸承副的設(shè)計(jì),提高十字軸承副的強(qiáng)度和使用壽命,是萬(wàn)向聯(lián)軸器設(shè)計(jì)人員和制造廠家一直追求的目標(biāo)。但船用十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器傳遞功率大、工作轉(zhuǎn)速高,作為主要受力元件的十字軸和叉頭的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和受力狀況均復(fù)雜。本文運(yùn)用CAE技術(shù)和有限元分析方法計(jì)算了十字軸和叉頭的應(yīng)力狀況,提高了計(jì)算精度和度。船用高速大功率萬(wàn)向聯(lián)軸器除了在強(qiáng)度上對(duì)十字軸和叉頭有較高的設(shè)計(jì)要求外,十字軸承副的承載能力和使用壽命是影響萬(wàn)向聯(lián)軸器承載能力和使用壽命的又一項(xiàng)關(guān)鍵因素。鑫程機(jī)械運(yùn)用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法,在同樣的使用工況和尺寸、重量的前提下,利用有限的尺寸空間,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高了十字軸承副的承載能力和使用壽命。

由于萬(wàn)向聯(lián)軸器叉頭與軸聯(lián)接,而軸是有彈性模量的彈性體,為了避免約束對(duì)叉頭本體應(yīng)力的影響,截取部分軸一起計(jì)算。同時(shí)由于約束遠(yuǎn)離叉頭,約束對(duì)叉頭應(yīng)力的影響較小,可以忽略不計(jì)。作用在叉頭孔內(nèi)的力即十字軸受力的反作用力,因此受力的大小與作用點(diǎn)與十字軸相同,其分布規(guī)律也與十字軸相同。

船用萬(wàn)向聯(lián)軸器的使用工況往往屬于高速、大轉(zhuǎn)矩的情況,同時(shí)在選型時(shí)卻又經(jīng)常受到空間尺寸和重量制約。所以,如何在尺寸和重量不變或變化不大的情況下采取措施,

提高萬(wàn)向聯(lián)軸器的關(guān)鍵承載部件十字軸承副的承載能力,提高其在高速大轉(zhuǎn)矩工況下的使用壽命,就成了船用高速大功率萬(wàn)向聯(lián)軸器須解決的問(wèn)題。十字軸綜合應(yīng)力值位于十字軸2擋軸徑根部,主應(yīng)力值與主應(yīng)力值的位置與綜合應(yīng)力值位置相同,且相互對(duì)稱。從結(jié)構(gòu)上看該處由于軸徑變化,且采用的是小圓角過(guò)渡,產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。如去掉臺(tái)階,改為圓錐面直接過(guò)渡,將減少此處的應(yīng)力集中,提高十字軸的疲勞強(qiáng)度。以此為基礎(chǔ),在滿足十字軸強(qiáng)度的情況下,適當(dāng)減小1檔軸徑(軸承軸徑),讓出寶貴的空間用于變大滾柱的直徑,減小軸承副的接觸應(yīng)力,可以提高整個(gè)十字軸承副的使用壽命,減少了十字軸軸根處應(yīng)力集中,提高了十字軸的疲勞強(qiáng)度。b)原十字軸承副外圈的定位附加力對(duì)外圈有彎曲作用,十字軸承副的外圈是薄壁件,容易變形,會(huì)影響內(nèi)圓與滾柱接觸強(qiáng)度。新型十字軸承副外圈的定位附加力使外圈是純受壓,這樣外圈不容易變形。c)十字軸平均壽命和承載能力與滾柱長(zhǎng)度成比例,新型十字軸承副充分利用本身空間,在十字軸承副外端增加了一排滾柱,增加了軸承副的承載能力,同時(shí)也提高了萬(wàn)向軸的壽命。