萬向聯軸器

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迴轉，並可靠地傳遞轉矩和運動。萬向聯軸器最大的特點是：其結構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，一般在5°-45°之間。

基本介紹

• 中文名：萬向聯軸器
• 外文名：Universal Joint
• 特點：角向補償量較大
• 兩軸線夾角：5°-45°之間
• 結構型式：十字軸式、球籠式、球叉式等
• 作用：緩衝、減振和提高軸系動態性能
• 材料：45號鋼等

結構型式

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，其次為球籠式。在實際套用中，根據所傳遞轉矩大小，分為重型、中型、輕型和小型。

萬向聯軸器

用途

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，有些聯軸器還有緩衝、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。一般動力機大都藉助於聯軸器與工作機相聯接。

國標規格

十字軸式萬向聯軸器是用量較大的萬向聯軸器，軸承是十字軸式萬向聯軸器的易損件。幾種大型十字軸式萬向聯軸器的主要區別在於軸承座和十字叉頭的變化，形成不同結構形式。為保證主、從動軸的同步性，實際套用中均採用雙聯形式，雙聯的聯接方式不外乎焊接或法蘭盤通過螺栓聯接，中間長短的變化可有多種形式。十字軸式萬向聯軸器十字頭部件有以下形式：SWC型整體性叉頭十字軸式萬向聯軸器（JB/T 5513-2006）、SWP型部分軸承座十字軸式萬向聯軸器（JB/T 3241-2005）、SWZ型整體軸承座十字軸式萬向聯軸器（JB/T 3242-1993）、WS型小型雙十字軸式萬向聯軸器（JB/T 5901-1991）、WSD型小型單十字軸式萬向聯軸器（JB/T 5901-1991）、SWP型十字軸式萬向聯軸器用十字包（JB/T 7341.1-2005）、WGC型十字軸式萬向聯軸器用十字包（JB/T 7341.2-2006）。以上重型和小型十字軸式萬向聯軸器均為通用型，汽車行業不同車型有各自專用十字軸式萬向聯軸器或其他品種萬向聯軸器。例如轎車選用球籠式萬向聯軸器。此外農業機械、工業機械等運動機械產品也均有專用萬向聯軸器，起重大多數採用十字軸式萬向聯軸器。

分類

聯軸器種類繁多，按照被聯接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：①固定式聯軸器。主要用於兩軸要求嚴格對中並在工作中不發生相對位移的地方，結構一般較簡單，容易製造，且兩軸瞬時轉速相同，主要有凸緣聯軸器、套筒聯軸器、夾殼聯軸器等。②可移式聯軸器。主要用於兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據補償位移的方法又可分為剛性可移式聯軸器和彈性可移式聯軸器。剛性可移式聯軸器利用聯軸器工作零件間構成的動聯接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯軸器（用來聯接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯軸器（用於兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯軸器（允許綜合位移）、鏈條聯軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯軸器（簡稱彈性聯軸器）利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩衝和減振性能，如蛇形彈簧聯軸器、徑向多層板簧聯軸器、彈性圈栓銷聯軸器、尼龍栓銷聯軸器、橡膠套筒聯軸器等。聯軸器有些已經標準化。選擇時先應根據工作要求選定合適的類型，然後按照軸的直徑計算扭矩和轉速，再從有關手冊中查出適用的型號，最後對某些關鍵零件作必要的驗算。

功能

用來把兩軸聯接在一起，機器運轉時兩軸不能分離，只有機器停車並將聯接拆開後，兩軸才能分離。

類型

聯軸器所聯接的兩軸，由於製造及安裝誤差，承載後的變形以及溫度變化的影響等，會引起兩軸相對位置的變化，往往不能保證嚴格的對中。根據聯軸器有無彈性元件、對各種相對位移有無補償能力，即能否在發生相對位移條件下保持聯接功能以及聯軸器的用途等，聯軸器可分為剛性聯軸器，撓性聯軸器和安全聯軸器。聯軸器的主要類型、特點及其在作用類別在傳動系統中的作用備註剛性聯軸器只能傳遞運動和轉矩，不具備其他功能包括凸緣聯軸器、套筒聯軸器、夾殼聯軸器等撓性聯軸器無彈性元件的撓性聯軸器，不僅能傳遞運動和轉矩，而且具有不同程度的軸向、徑向、角向補償性能包括齒式聯軸器、萬向聯軸器、鏈條聯軸器、滑塊聯軸器、膜片聯軸器等有彈性元件的撓性聯軸器，能傳遞運動和轉矩；具有不同程度的軸向、徑向、角向補償性能；還具有不同程度的減振、緩衝作用，改善傳動系統的工作性能包括各種非金屬彈性元件撓性聯軸器和金屬彈性元件撓性聯軸器，各種彈性聯軸器的結構不同，差異較大，在傳動系統中的作用亦不盡相同安全聯軸器傳遞運動和轉矩，過載安全保護。撓性安全聯軸器還具有不同程度的補償性能包括銷釘式、摩擦式、磁粉式、離心式、液壓式等安全聯軸器

選擇

聯軸器的選擇主要考慮所需傳遞軸轉速的高低、載荷的大小、被聯接兩部件的安裝精度等、迴轉的平穩性、價格等，參考各類聯軸器的特性，選擇一種合用的聯軸器類型。

具體選擇時可考慮以下幾點：絕大多數聯軸器均已標準化或規格化。設計者的任務是選用，而不是設計。選用聯軸器的基本步驟如下：選擇聯軸器的類型根據傳遞載荷的大小，軸轉速的高低，被聯接兩部件的安裝精度等，參考各類聯軸器特性，選擇一種合用的聯軸器類型。1)所需傳遞的轉矩大小和性質以及對緩衝減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯軸器；對嚴重衝擊載荷或要求消除軸系扭轉振動的傳動，可選用輪胎式聯軸器等具有高彈性的聯軸器。2)聯軸器的工作轉速高低和引起的離心力大小。對於高速傳動軸，應選用平衡精度高的聯軸器，例如膜片聯軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯軸器等。3)兩軸相對位移的大小和方向。當安裝調整後，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯軸器。例如當徑向位移較大時，可選滑塊聯軸器，角位移較大或相交兩軸的聯接可選用萬向聯軸器等。4)聯軸器的可靠性和工作環境。通常由金屬元件製成的不需潤滑的聯軸器比較可靠；需要潤滑的聯軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環境。含有橡膠等非金屬元件的聯軸器對溫度、腐蝕性介質及強光等比較敏感，而且容易老化。5）由於製造、安裝、受載變形和溫度變化等原因，當安裝調整後，難以保持兩軸嚴格精確對中。存在一定程度的x、Y方向位移和偏斜角CI。當徑向位移較大時，可選滑塊聯軸器，角位移較大或相交兩軸的聯接可選用萬向聯軸器等。當工作過程中兩軸產生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯軸器。

選用計算

萬向聯軸器的計算轉矩：

Tc=TKnKhK Ka≤Tn(N·m)

交變載荷時：Tc≤Tf (N·m)

式中 Tn——萬向聯軸器的公稱轉矩，N·m，（它是在給定條件下的理論計算數值，即聯軸器轉速，n≈10r/min。軸承壽命 Ln=5000h、軸線折角 =3°、載荷平穩時的數值）；

Tf——萬向聯軸器的疲勞轉矩，N·m

T——萬向聯軸器的理論轉矩，N·m ;其中T=9550Pw/ N (N·m)

Pw——驅動功率，kw

N——萬向聯軸器轉速，r/min

Kn——萬向聯軸器的轉速修正係數，Kh——萬向聯軸器的軸承壽命修正係數

萬向聯軸器

K ——萬向聯軸器的兩軸線折角修正係數

Ka——載荷修正係數。載荷均勻，工作平穩時，Ka=1.0；載荷不均勻，中等衝擊時，Ka=1.1～1.3；較大衝擊載荷和頻繁正反轉時，Ka=1.3～1.5，特大衝擊載荷和頻繁正反轉時Ka>1.5。

對於轉速高、折角大或其長度超出規定的萬向聯軸器，除按上述計算處，還必須驗算其轉動靈活性，轉動靈活性用n 表示，一般情況下：n >18000。

式中 ——萬向聯軸器的軸線折角，(°)；n——萬向聯軸器的轉速，r/min.

偏差知識

萬向聯軸器由於其偏差角度大,傳遞扭矩高等特點,被廣泛套用於各類通用機械場合. 萬向聯軸器常見類型有:通用型,高轉速型,微型,可伸縮,大扭矩萬向聯軸器等諸多類型.WS.WSD小型十字軸萬向聯軸器 適用於聯接兩軸軸線夾角β≤45°的傳動軸系;傳遞公稱轉矩11.2~1120N·m 的單十字軸萬向聯軸器和雙十字軸萬向聯軸器.萬向聯軸器適用於聯結空間同一平面上兩軸軸線夾角β≤45o的傳動場合,傳遞公稱轉矩11.2-1120N.m.WSD型為單十字萬向聯軸器,WS型為雙十字萬向聯軸器每節最大軸間夾角45o.成品孔H7,可根據要求,開鍵槽,六方孔和四方孔.允許兩軸間夾角在限定的範圍內隨工作需要而改變.

材料

45號鋼，45號鍛鋼，40鉻，鑄鐵。

相關參數

SWC型-萬向聯軸器配套的十字軸承參數

聯軸器規格	φM(mm)	H(mm)
SWC160	65	136
SWC180	72	154
SWC200	82	171
SWC225	90	192
SWC250	100	214
SWC265	108	226
SWC285	115	243
SWC315	130	269
SWC350	145	299
SWC390	165	333
SWC440	185	377
SWC490	210	419

選型問題

萬向聯軸器選型前必須明確先決條件和情況：1.從原動機到萬向聯軸器之間有無傳動裝置。若有傳動比是多少，通過中間傳動裝置以後是幾根軸輸出，即是否有功率分流。考慮到原動機的類型、功率 及其轉速等。2.需要考慮到原動機的類型和選配十字軸式萬向聯軸器傳遞負荷的負荷類別：單向恆定負荷、脈動負荷或雙向交變負荷。萬向聯軸器的安裝狀態如何。水平、垂直還是傾斜安裝。 要儘可能使其軸線折角小於3度， 如果不得已傾斜安裝， 要確定水平和垂直角是多少。3.考慮到原動機的工作環境是怎樣的，是否有高溫、粉塵、水淋、化學腐蝕等惡劣環境條件的影響，根據使用環境的不同選擇相應類型的萬向聯軸器。4.需要知道萬向聯軸器兩端要求的聯接形式及具體的安裝尺寸，以及要了解否有安裝托架等特殊要求。5.十字軸式萬向聯軸器本身的轉速是多少。是否需要進行動平衡。要求動平衡或平衡，要求哪一級別的平衡品質等級。6.安裝位置是否有限制。具體安裝長度是多少，是否需要伸縮。要求伸縮時，萬向聯軸器最短狀態下向外的伸長量是多少。對於不需要伸縮的萬向聯軸器必須考慮軸 向尺寸誤差的補償，應確定在系統中進行補償的位置。通過對以上先決條件的了解，逐步確定萬向軸的規格，最後確定選擇哪一種結構形式。萬向聯軸器的結構形式有十字軸式、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，在實際套用中根據所傳遞轉矩大小分為重型、中型、輕型和小型。 要想從如此多的萬向聯軸器中選擇一款適合原動機使用的聯軸器就需要深刻了解以上所述的先決條件和外界影響因素。

找正過程

萬向聯軸器的找正是機器安裝的重要工作之一.找正的目的是在機器在工作時使主動軸和從動軸兩軸中心線在同一直線上.找正的精度關係到機器是否能正常運轉,對高速運轉的機器尤其重要. 十字萬向聯軸器兩軸絕對準確的對中是難以達到的,對連續運轉的機器要求始終保持準確的對中就更困難.十字萬向聯軸器各零部件的不均勻熱膨脹,軸的撓曲,軸承的不均勻磨損,機器產生的位移及基礎的不均勻下沉等,都是造成不易保持軸對中的原因.因此,在設計機器時規定兩軸中心有一個允許偏差值,這也是安裝聯軸器時所需要的.十字萬向聯軸器從裝配角度講，只要能保證聯軸器安全可靠地傳遞扭矩，兩軸中心允許的偏差值愈大，安裝時愈容易達到要求。但是從安裝質量角度講，兩軸中心線偏差愈小，對中愈精確，機器的運轉情況愈好，使用壽命愈長。所以，不能把萬向聯軸器安裝時兩軸對中的允許偏差看成是安裝者草率施工所留的餘量。

測量順序

萬向聯軸器的不同軸可能是徑向位移，傾斜或兩者兼而有之。測量同軸度應在萬向聯軸器端面和圓周上均勻分布的四個位置進行。十字軸式萬向聯軸器聯接的機泵在安裝過程中都不可避免地要進行同軸度的調整，使對輪既同心又平行，否則將影響機泵使用效率或造成設備運行事故。有的大型高溫設備在聯軸器找正時，還應考慮溫度線膨脹引起設備底座增高的因素。測量時可按如下順序進行：(1)將半萬向聯鈾器A和B暫時相互連線，設定專用工具。(2)同時轉動半聯軸器A和B，使專用工具或對準線順次轉。四個位置，在每個位置上測出兩個半聯鈾器的徑向數值(或間隙)和軸向數值。安裝BJ若發現萬向聯鈾器處於不同軸或不平行狀態必須進行調整。調整時應首先調整機泵水平度，然後以機泵的萬向聯軸器為基準，測定並調整電機的對輪來保證電機與機泵同軸同心，調聯軸器的同心度時，應先調面隙後調軸隙。調整電機時可根據d和口值採用不同厚度的墊片文墊電機的機座，失調整軸向間隙使兩輪平行，然後調整徑向間隙使兩輪同心。苦設備廠家沒有具體要求，軸轉速2980rmin，一般萬向聯鈾器的軸隙(同心度)和面隙(平行度)誤差均不大於0.03mm；軸轉速1500rmin，萬向聯軸器的軸隙和面隙誤差均不大於0.05mm。聯軸器進行找正時，可以利用相似三角形原理，兼顧軸隙的調整對面隙的影響，進行計算找正．可以大大提高萬向聯軸器找正速度。