十字轴式万向联轴器的关节建模及工艺分析

十字轴式万向联轴器的关节建模及工艺分析

随着机械行业的发展，作为矿山、运输、造纸等行业设备上重要基础件之一的十字轴式万向联轴器正慢慢替代传统的十字滑块联轴器、齿式联轴器等。十字轴式万向联轴器结构由起初的SWP型（轴承座剖分式）、SWZ型（整体轴承座式）发展到目前的SWC型。SWC型又称整体叉头式，其为无螺栓结构，轴承固定不用螺栓，避免了因螺栓剪断而破坏的薄弱环节，延长使用寿命，便于维护，适用于各种重型机械，可以实现两个不在同一轴线上的传动轴系联接，此外，它还具有角度补偿能力大、传动效果好等优点。1SWC型万向联轴器的关节三维实体建模关节是SWC型十字轴式万向联轴器的关键部件，它主要由法兰叉头和十字轴组成，这些零件结构复杂，因此给建模带来了困难，下面以法兰叉头为例来说明其建模过程。法兰叉头包含一些复杂曲面，其曲面部分是建模的难点，利用Solidworks[2]平台能够完成法兰叉头的建模，具体步骤为：（1）依次通过拉伸（法兰盘）、旋转（叉头整体）、切除（叉头内腔和轴承孔）、旋转切除（倾角余量）、切除（叉头侧面外形），（2）使用“扫描切除及镜向”特征顶部圆弧面和底部窝，由于两个法兰叉在其底座部分与相对应的另一个法兰叉顶部相互成锁紧型结合（见装配图），所以底部窝是用顶部相关尺寸切除；（3）经过适当的修剪，法兰叉头的造型，。此外，法兰端部可以制成端面键或端面齿，便于其底座与减速机（或等速机）输出轴的法兰接座连接。同样使用Solidworks相关特征，可十字轴的三维实体模型。然后在Solidworks平台下进行装配干涉操作，当发现叉头之间或叉头与十字轴发生空间冲突时，可以在Solidworks树形图上双击需要修改的零件，直接切换到零件设计平台并进行修改，这就是参数化实体建模的优点。

法兰叉头结构复杂，主要由法兰盘、叉头内腔、轴承孔、顶部圆弧、底部窝组成，使用时其法兰底座与减速机（或等速机）输出轴的法兰接座的法兰及工作端的法兰通过端面键或端面齿相啮合并用螺栓紧固达到连接，从而实现万向联轴器传递动力和运动的目的。装配时两个法兰叉配套使用，即将一个十字轴装在两个交错成0度布置的法兰叉内。法兰叉的主要加工内容为：轴承孔、端面齿、法兰盘等（其余加工内容由外协负责处理），加工工艺主要有：铸造、喷丸→粗车（顶部工艺外圆、法兰端面）→粗镗轴承孔→精车（叉头外圆、法兰外圆）→铣端面齿→粗镗及精镗轴承孔（粗镗、精镗轴承孔时均以法兰外圆为基准）。十字轴十字轴是实现变角度动力传递，改变传动轴线方向的位置，是十字轴式万向联轴器关节中的重要部件。它包括两个相错0度的轴头结构，两个轴头结构的轴头相互错位成10度，在一个共同的轴线上，平面是相互平行的。十字轴毛坯件为锻件，比较难加工，加工工艺过程复杂，主要加工四个轴颈圆端面（四个轴颈端面需要车平且通过打表实现两两关于中心对称）、上下平面、轴颈端面以及台肩根部圆角表面。加工工艺主要有:锻造并正火处理→粗车→立车（以毛坯的四个轴颈为粗基准车工艺基准孔）→镗（以工艺基准孔为精基准铣四轴颈端面）→钻四个通孔（钻通孔目的：从其中一个孔打油，油可以从其它油口冒出，起到润滑作用，另外，便于热处理使十字轴性能→车（车工艺台阶、轴颈外圆及台肩根部圆角、沉台）→渗碳淬火→磨工艺外圆→精车轴颈端面→着色探伤（不允许有裂纹存在），其中夹具中的零件有：心轴、开口垫圈、挡销、定位板、钻套、钻模板等。此外，十字轴台肩根部圆角不应太小，避免应力集中（1）法兰叉头与十字轴的三维实体结构图可以作为进一步优化关节结构的基础；法兰叉头和十字轴的加工工艺较为复杂、工序较多，需严格控制加工过程，十字轴式万向联轴器传递动力的平稳性。