万向联轴器设计
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目录
第一章 绪 论 1
1．1 前言 1
1．2万向联轴器作用 2
1．3万向联轴器的种类及特点 2
1．3．1 特点： 2
1．3．2 种类： 3
1．3．3 结构： 3
1．4 课题目的和要求: 5
1．4．1课题 5
1．4．2 设计技术要求与数据 5
第二章 万向联轴器的运动学分析和动力学分析 6
2．1十字万向联轴器的结构组成及受力分析 6
2．1．1 十字万向联轴器结构总成 6
2．1．2 十字万向联轴器受力分析 6
2．2十字轴式万向联轴器运动分析 7
2．2．1十字轴式单万向联轴器的运动分析 7
2．2．2十字轴时双向联轴器的运动分析 9
2．3万向节十字轴设计原则 12
2．3．1按弯曲强度设计十字轴 12
2．3．2按表面应力设计十字轴 13
2．4轴承的寿命计算 14
2．4．1轴承的动扭矩 14
2．4．2轴承的寿命计算 14
2．5 法兰叉头 15
2．5．1 法兰叉头的作用 15
2．5．2叉头轴孔部位的应力计算 15
2．5．3 叉头根部应力 15
第三章 万向轴的结构设计 17
3．1概述 17
3．2 十字轴总成游隙结构设计 17
3．2．1 滚动体和轴向推力轴承分类 17
3．2．2 轴承游隙及主要尺寸 18
3．2．3 十字轴和轴承外圈主要材料、工艺和精度 19
3．3 中间轴伸缩花键副结构设 19
3．4 十字轴万向轴标准及选用计算 21
3．4．1十字万向轴标准 21
3．4．2 十字万向联轴器的选型 22
第四章 主要零件的工艺分析 25
4．1 法兰叉头零件分析 25
4．1．1 零件的作用 25
4．1．2 零件的工艺分析 25
4．1．2建立数字模型 25
4．2确定数控加工工艺方案 26
4．2．1划分数控加工工步 26
4．2．2选择加工设备 27
4．2．3选用加工刀具 27
4．2．4 确定切削用量 27
4．2．5设计数控程序 28
4．2．6 确定编程原点和加工坐标系 28
4．2．7 设计数控程序加工路线 28
4．2．8设计数控程序刀具路径 28
4．2．8 后置处理 29
4．2．9加工仿真及程序校验 29
4．2．10数控系统轨迹模拟 30
4．2．11程序传输和运行 30
第五章 结语与展望 30
谢 辞 32
参考文献 33
第一章 绪 论
1．1 前言
UOE钢管应用范围十分广阔，不仅应用于铺设长距离高压输油气管线，并且已经扩展到以气体，液体作为推动力输送矿石、谷物、石油、煤炭。在工程建设中用于海底隧道，海底打桩，防坡堤及海上采油平台等，在其它领域还用于高压容器，机架外壳等。
市场与效益分析（ANALYSIS OF MARKET AND RETURNS）
国内市场分析：UOE钢管的市场十分广阔，据国家“十一五”规划，到2010年我国新建原油、天然气、成品油、煤浆管道总长度近40000公里，共需UOE钢管约3000万吨。我公司已先后在西气东输支线、内蒙长呼天然气输送管线、长包管线、靖边扩能管线、惠州壳牌石化工程部分管线、胜利油田石油输送管线、东海大桥等重大管线工程中中标，共销售UOE钢管5万吨，实现销售额3.5亿元。
国际市场分析：国际上，俄罗斯、土库曼斯坦及中东地区国家进入中国的油气资源将通过海底管道输送到韩国、日本等对能源需求量较大的国家，预计全球总需求量将在16000万吨左右，可以说市场十分广阔。目前国际上在建的几条大型天然气管线项目中，除采用了德国和日本的UOE钢管外，也大量采用了我们公司的产品。如伊朗国家天然气（NIGC）主持修建的4000多公里的天然气管线的干线管中，我们公司作为国内唯一通过资格预审的投标人，最终力挫日本钢管厂与德国欧洲钢管公司一举中标。目前我们已经发出近7.5万吨钢管，并一次性全部通过国际监理机构SGS的验收，获得了NIGC的大力好评，在行业内稳稳占据了重要一席。此前我们也陆续往巴基斯坦、阿联酋、加拿大和美国出口了大量钢管，实现出口总额近6000万美元。
UOE钢管轧制工艺流程图如图1-1、1-2、1-3所示，轧制中连轧管机和脱管机中的主动夹棍的的运动均由电机、联轴器、变速箱、齿轮箱和十字轴万向联轴器驱动，如图1-4所示.
图1-1 UOE钢管轧制工艺流程示意图
图1-2 UOE连轧管机示意图
图1-3夹棍的工作示意图
图1-4 主动夹棍的传动系统
十字轴式万向联轴器是一种最常用的联轴器。利用其结构的特点能使不在同一轴线或轴线折角较大或轴向移动较大的两轴等角速连续回转，并可靠地传递转矩和运动。能广泛应用于冶金、起重、工程运输、矿山、石油、船舶、煤炭、橡胶、造纸机械及其它重机行业的机械轴系中传递转矩。
联轴器是联接原动机与工作机的重要部件，它的损坏将导致机器的停顿，甚至波及到整条作业线，因此对其可靠性的要求相当高。但是，十字轴式万向联轴器所处的条件又往往是很苛刻的，例如：在轧机传动中，由于所联接的轧辊的直径有一定限制，因而联轴器的回转直径也相应受到限制，轧制过程中的实际转矩往往接近联轴器的疲劳转矩，稍有不当还会超出，这种过载现象如频繁出现，就会大大降低疲劳寿命，从而使之过早失效或损坏。另外，十字轴式万向联轴器空间几何位置的要求也较高，如有不当，就会出现附加转矩，这些附加转矩也会降低其寿命并影响其传输效率。对于大型联轴器来说，由于维修技术不到位和平衡系统调整不当，也会带来相当于转矩级别的附加载荷或者更大，有的甚至使十字轴折断。因此，对于这样一个核心设备，要有周全的技术控制，以确保其寿命。
1．2万向联轴器作用
用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。
1．3万向联轴器的种类及特点
1．3．1 特点：
万向联轴器最大的特点是具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高，不同结构型式万向联轴器两轴线夹角不相同，一般≤5°-45°之间。万向联轴器利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。
1．3．2 种类：
万向联轴器有多种结构型式，例如：十字轴式、球笼式、球叉式、凸块式、球销式、球铰式、球铰柱塞式、三销式、三叉杆式、三球销式、铰杆式等，最常用的为十字轴式，其次为球笼龙，在实际应用中根据所传递转矩大小分为重型、中型、轻型和小型。
1．3．3 结构：
（1）：十字轴式
如图1-1所示，它由两个叉形接头1、3，一个中间联接件2和轴销4(包括销套及铆钉)、5所组成；轴销4与5互相垂直配置并分别把两个叉形接头与中间件2联接起来。这样，就构成了一个可动的联接。这种联轴器可以允许两轴间有较大的夹角(夹角α最大可达35°～45°)，而且在机器运转时，夹角发生改
图1-1 十字轴式
变仍可正常传动；但当过大时，传动效率会显著降低。
这种联轴器的缺点是:当主动轴角速度ω1为常数时，从动轴的角速度 并不是常数，而是在一定范围内(ω1cosα≤ω3≤ω1/cosα)变化，因而在传动中将产生附加动载荷。为了改善这种情况，常将十字轴式万向联轴器成对使用(右图<十字轴式万向联轴器b>)，但应注意安装时必须保证轴、 轴与中间轴之间的夹角相等，并且中间轴的两端的叉形接头应在同一平面内(右图<双万向联轴器>)。只有这种双万向联轴器才可以得到ω3 =ω1 。
（2）：球笼式
球笼式万向联轴器是通过球笼外环和星形内环分别与主、从动轴相联，传力钢球的中心都位于通过联轴器中心的平面内，并装在由球形外环和星形内环外球面凹槽组成的滚道中，两个球面的中心与万向联轴器的中心重合，为了保证所有钢球中心都在两轴轴线间夹角的平分面上，钢球装于球笼内，从而保证了联轴器主、从动轴之间的夹角变化时，传力点能始终位于夹角的平分线上，因此，球笼式万向联轴器主、从动轴间的传速得以保持同步。传动方式可采用滑动传动，也可采用滚动传动。采用滑动传动时，为了缓冲和减振，在球臂和传力臂上安装有聚合物缓冲套3。当采用滚动传动时，则在球臂和传力臂上将原装有的缓冲套3改装为滚动件，同时，在球头和臼座之间亦将原装有的缓冲垫改为滚动件，以适应刚性传动的需要。传动的通用部件，而且也可用于高速传动。该万向联轴器适用范围广泛，尤其是适合于大倾角、径向尺寸受限制工况条件的轴系传动。
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