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十字轴万向节(Universal joint)是怎么样设计的
发布时间:2011.05.03 新闻来源:台州新宏声机械有限公司专业制造汽车万向节|Universal joint|传动轴|联轴器|前轮离合器和轮毂 浏览次数:
 

  十字轴万向节(Universal joint)的损坏形式主要有十字轴轴颈和滚针轴承的磨损,十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。一般情况下,当磨损或压痕超过0.15mm时,十字轴万向节便应报废。十字轴的主要失效形式是轴颈根部处的断裂,所以在设计十字轴万向节时,应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。

设各滚针对十字轴轴颈作用力的合力为F(图4—11),则

                                            (4—6)

式中,TS 为万向传动的计算转矩, TS = min[Tse,Tss]min;r 为合力 F 作用线到十字轴中心之间的距离;α 为万向传动的最大夹角。

   十字轴轴颈根部的弯曲应力 σw 应满足

                        (4—7)

 

式中,d1 为十字轴轴颈直径;d2 为十字轴油道孔直径;s 为合力 F 作用线到轴颈根部的距离;[σw]为弯曲应力许用值,为250~350MPa。

   十字轴轴颈的切应力 τ 应满足

                                 (4—8)

式中,[τ]为切应力 τ 许用值,为80~120MPa。

    滚针轴承中的滚针直径一般不小于1.6mm,以免压碎,而且差别要小,否则会加重载荷在滚针间分配的不均匀性,一般控制在0.003mm以内。滚针轴承径向间隙过大时,承受载荷的滚针数减少,有出现滚针卡住的可能性;而间隙过小时,有可能出现受热卡住或因脏物阻滞卡住,合适的间隙为0.009~0.095mm,滚针轴承的周向总间隙以0.08~0.30mm为好。滚针的长度一般不超过轴颈的长度,使其既有较高的承载能力,又不致因滚针过长发生歪斜而造成应力集中。滚针在轴向的游隙一般不应超过0.2~0.4mm。

    滚针轴承的接触应力为

                                      (4—9)

式中,η0为滚针直径(mm);Lb为滚针工作长度(mm);Fn为在合力 F 作用下一个滚针所受的最大载荷(N),由式(4—10)确定

                                                 (4—10)

式中,i为滚针列数;z为每列中的滚针数。

    当滚针和十字轴轴颈表面硬度在 58HRC 以上时,许用接触应力为3000~3200MPa。

    万向节叉与十字轴组成连接支承。在万向节工作过程中产生支承反力,叉体受到弯曲和剪切,一般在与十字轴轴孔中心线成45°的某一截面上的应力最大,所以也应对此处进行强度校核。

    十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角 α 、十字轴支承结构和材料、加工和装配精度以及润滑条件等有关。当 α ≤25°时可按下式计算

                                         (4—11)

式中 η0 为十字轴万向节传动效率;f 为轴颈与万向节叉的摩擦因数,滑动轴承:f=0.15~0.20,滚针轴承:f=0.05~0.10;其它符号意义同前。

    通常情况下,十字轴万向节传动效率约为97%~99%。

    十字轴常用材料为20CrMnTi、20Cr、20MnVB等低碳合金钢,轴颈表面进行渗碳淬火处理,渗碳层深度为0.8~1.2mm,表面硬度为58~64HRC,轴颈端面硬度不低于55HRC,芯部硬度为33~48HRC。万向节叉一般采用40或45中碳钢,调质处理,硬度为18~33HRC,滚针轴承碗材料一般采用GCrl5。

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