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萬向聯軸器設計

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更新時間：2014-09-20
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萬向聯軸器設計
目錄
第一章緒論 1
1．1 前言 1
1．2萬向聯軸器作用 2
1．3萬向聯軸器的種類及特點 2
1．3．1 特點： 2
1．3．2 種類： 3
1．3．3 結構： 3
1．4 課題目的和要求: 5
1．4．1課題 5
1．4．2 設計技術要求與數據 5
第二章萬向聯軸器的運動學分析和動力學分析 6
2．1十字萬向聯軸器的結構組成及受力分析 6
2．1．1 十字萬向聯軸器結構總成 6
2．1．2 十字萬向聯軸器受力分析 6
2．2十字軸式萬向聯軸器運動分析 7
2．2．1十字軸式單萬向聯軸器的運動分析 7
2．2．2十字軸時雙向聯軸器的運動分析 9
2．3萬向節十字軸設計原則 12
2．3．1按彎曲強度設計十字軸 12
2．3．2按表面應力設計十字軸 13
2．4軸承的壽命計算 14
2．4．1軸承的動扭矩 14
2．4．2軸承的壽命計算 14
2．5 法蘭叉頭 15
2．5．1 法蘭叉頭的作用 15
2．5．2叉頭軸孔部位的應力計算 15
2．5．3 叉頭根部應力 15
第三章萬向軸的結構設計 17
3．1概述 17
3．2 十字軸總成游隙結構設計 17
3．2．1 滾動體和軸向推力軸承分類 17
3．2．2 軸承游隙及主要尺寸 18
3．2．3 十字軸和軸承外圈主要材料、工藝和精度 19
3．3 中間軸伸縮花鍵副結構設 19
3．4 十字軸萬向軸標準及選用計算 21
3．4．1十字萬向軸標準 21
3．4．2 十字萬向聯軸器的選型 22
第四章主要零件的工藝分析 25
4．1 法蘭叉頭零件分析 25
4．1．1 零件的作用 25
4．1．2 零件的工藝分析 25
4．1．2建立數字模型 25
4．2確定數控加工工藝方案 26
4．2．1劃分數控加工工步 26
4．2．2選擇加工設備 27
4．2．3選用加工刀具 27
4．2．4 確定切削用量 27
4．2．5設計數控程序 28
4．2．6 確定編程原點和加工坐標系 28
4．2．7 設計數控程序加工路線 28
4．2．8設計數控程序刀具路徑 28
4．2．8 后置處理 29
4．2．9加工仿真及程序校驗 29
4．2．10數控系統軌跡模擬 30
4．2．11程序傳輸和運行 30
第五章結語與展望 30
謝辭 32
參考文獻 33

第一章緒論
1．1 前言
UOE鋼管應用范圍十分廣闊，不僅應用于鋪設長距離高壓輸油氣管線，并且已經擴展到以氣體，液體作為推動力輸送礦石、谷物、石油、煤炭。在工程建設中用于海底隧道，海底打樁，防坡堤及海上采油平臺等，在其它領域還用于高壓容器，機架外殼等。
市場與效益分析（ANALYSIS OF MARKET AND RETURNS）
國內市場分析：UOE鋼管的市場十分廣闊，據國家“十一五”規劃，到2010年我國新建原油、天然氣、成品油、煤漿管道總長度近40000公里，共需UOE鋼管約3000萬噸。我公司已先后在西氣東輸支線、內蒙長呼天然氣輸送管線、長包管線、靖邊擴能管線、惠州殼牌石化工程部分管線、勝利油田石油輸送管線、東海大橋等重大管線工程中中標，共銷售UOE鋼管5萬噸，實現銷售額3.5億元。
國際市場分析：國際上，俄羅斯、土庫曼斯坦及中東地區國家進入中國的油氣資源將通過海底管道輸送到韓國、日本等對能源需求量較大的國家，預計全球總需求量將在16000萬噸左右，可以說市場十分廣闊。目前國際上在建的幾條大型天然氣管線項目中，除采用了德國和日本的UOE鋼管外，也大量采用了我們公司的產品。如伊朗國家天然氣（NIGC）主持修建的4000多公里的天然氣管線的干線管中，我們公司作為國內唯一通過資格預審的投標人，最終力挫日本鋼管廠與德國歐洲鋼管公司一舉中標。目前我們已經發出近7.5萬噸鋼管，并一次性全部通過國際監理機構SGS的驗收，獲得了NIGC的大力好評，在行業內穩穩占據了重要一席。此前我們也陸續往巴基斯坦、阿聯酋、加拿大和美國出口了大量鋼管，實現出口總額近6000萬美元。
UOE鋼管軋制工藝流程圖如圖1-1、1-2、1-3所示，軋制中連軋管機和脫管機中的主動夾棍的的運動均由電機、聯軸器、變速箱、齒輪箱和十字軸萬向聯軸器驅動，如圖1-4所示.

圖1-1 UOE鋼管軋制工藝流程示意圖
圖1-2 UOE連軋管機示意圖

圖1-3夾棍的工作示意圖

圖1-4 主動夾棍的傳動系統
十字軸式萬向聯軸器是一種最常用的聯軸器。利用其結構的特點能使不在同一軸線或軸線折角較大或軸向移動較大的兩軸等角速連續回轉，并可靠地傳遞轉矩和運動。能廣泛應用于冶金、起重、工程運輸、礦山、石油、船舶、煤炭、橡膠、造紙機械及其它重機行業的機械軸系中傳遞轉矩。
聯軸器是聯接原動機與工作機的重要部件，它的損壞將導致機器的停頓，甚至波及到整條作業線，因此對其可靠性的要求相當高。但是，十字軸式萬向聯軸器所處的條件又往往是很苛刻的，例如：在軋機傳動中，由于所聯接的軋輥的直徑有一定限制，因而聯軸器的回轉直徑也相應受到限制，軋制過程中的實際轉矩往往接近聯軸器的疲勞轉矩，稍有不當還會超出，這種過載現象如頻繁出現，就會大大降低疲勞壽命，從而使之過早失效或損壞。另外，十字軸式萬向聯軸器空間幾何位置的要求也較高，如有不當，就會出現附加轉矩，這些附加轉矩也會降低其壽命并影響其傳輸效率。對于大型聯軸器來說，由于維修技術不到位和平衡系統調整不當，也會帶來相當于轉矩級別的附加載荷或者更大，有的甚至使十字軸折斷。因此，對于這樣一個核心設備，要有周全的技術控制，以確保其壽命。
1．2萬向聯軸器作用
用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態性能的作用。聯軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯接。一般動力機大都借助于聯軸器與工作機相聯接。
1．3萬向聯軸器的種類及特點
1．3．1 特點：
萬向聯軸器最大的特點是具有較大的角向補償能力，結構緊湊，傳動效率高，不同結構型式萬向聯軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬向聯軸器利用其機構的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現所聯接的兩軸連續回轉，并可靠地傳遞轉矩和運動。
1．3．2 種類：
萬向聯軸器有多種結構型式，例如：十字軸式、球籠式、球叉式、凸塊式、球銷式、球鉸式、球鉸柱塞式、三銷式、三叉桿式、三球銷式、鉸桿式等，最常用的為十字軸式，其次為球籠龍，在實際應用中根據所傳遞轉矩大小分為重型、中型、輕型和小型。
1．3．3 結構：
（1）：十字軸式
如圖1-1所示，它由兩個叉形接頭1、3，一個中間聯接件2和軸銷4(包括銷套及鉚釘)、5所組成；軸銷4與5互相垂直配置并分別把兩個叉形接頭與中間件2聯接起來。這樣，就構成了一個可動的聯接。這種聯軸器可以允許兩軸間有較大的夾角(夾角α最大可達35°～45°)，而且在機器運轉時，夾角發生改
圖1-1 十字軸式
變仍可正常傳動；但當過大時，傳動效率會顯著降低。
這種聯軸器的缺點是:當主動軸角速度ω1為常數時，從動軸的角速度并不是常數，而是在一定范圍內(ω1cosα≤ω3≤ω1/cosα)變化，因而在傳動中將產生附加動載荷。為了改善這種情況，常將十字軸式萬向聯軸器成對使用(右圖<十字軸式萬向聯軸器b>)，但應注意安裝時必須保證軸、軸與中間軸之間的夾角相等，并且中間軸的兩端的叉形接頭應在同一平面內(右圖<雙萬向聯軸器>)。只有這種雙萬向聯軸器才可以得到ω3 =ω1 。
（2）：球籠式
球籠式萬向聯軸器是通過球籠外環和星形內環分別與主、從動軸相聯，傳力鋼球的中心都位于通過聯軸器中心的平面內，并裝在由球形外環和星形內環外球面凹槽組成的滾道中，兩個球面的中心與萬向聯軸器的中心重合，為了保證所有鋼球中心都在兩軸軸線間夾角的平分面上，鋼球裝于球籠內，從而保證了聯軸器主、從動軸之間的夾角變化時，傳力點能始終位于夾角的平分線上，因此，球籠式萬向聯軸器主、從動軸間的傳速得以保持同步。傳動方式可采用滑動傳動，也可采用滾動傳動。采用滑動傳動時，為了緩沖和減振，在球臂和傳力臂上安裝有聚合物緩沖套3。當采用滾動傳動時，則在球臂和傳力臂上將原裝有的緩沖套3改裝為滾動件，同時，在球頭和臼座之間亦將原裝有的緩沖墊改為滾動件，以適應剛性傳動的需要。傳動的通用部件，而且也可用于高速傳動。該萬向聯軸器適用范圍廣泛，尤其是適合于大傾角、徑向尺寸受限制工況條件的軸系傳動。
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