- 机械设计手册：单行本·轴及其连接（第六版）
- 成大先主编
- 2948字
- 2020-08-27 16:10:50
3.6 十字轴式万向联轴器
万向联轴器可以传递两轴不在同一轴线上、两轴线存在较大夹角的情况。它能实现两轴连续回转，传递转矩可靠，结构紧凑，传动效率高。当两轴线不在同一直线时，为消除单万向联轴器转速周期性波动，保证主、从动端的同步性，一般采用双联型式。
3.6.1 SWC型整体叉头十字轴式万向联轴器（摘自JB/T 5513—2006）
SWC整体叉头十字轴式联轴器为整体叉头结构，不需螺栓固定十字轴的轴承，不会出现螺栓松动、断裂的现象，便于维护并提高可靠度。其许用轴线折角βp≤15°～25°。
BH、WH型联轴器
BH型—标准伸缩焊接式
WH—无伸缩焊接式
标记示例：
例 SWC 315BH型标准伸缩焊接式万向联轴器，回转直径D=315mm，长度L=2500mm，标记为：
SWC 315BH×2500联轴器 JB/T 5513—2006
表7-2-20 基本参数和主要尺寸
注：1.Tf——在交变载荷下按疲劳强度所允许的转矩；L——安装长度，按需要确定。
2.BH型的Lmin为缩短后的最小长度。
3.□——表示BH、WH任意一种类型。
4.生产厂家为四川德阳市立达基础件有限公司、沈阳三环机械厂、无锡市万向联轴器有限公司。
BF、WF、WD型联轴器
BF型—标准伸缩法兰式
WF型—无伸缩法兰式
WD型—无伸缩短式
标记示例：
例1 SWC 440 WF型无伸缩法兰式万向联轴器，回转直径D=440mm长度L=3200mm，标记为：
SWC 440 WF×3200联轴器 JB/T 5513—2006
例2 SWC 350 WD型无伸缩短式万向联轴器，回转直径D=350mm，标记为：
SWC 350 WD联轴器 JB/T 5513—2006
表7-2-21 基本参数和主要尺寸
注：1.见表7-2-20的注1和4。
2.□表示BF、WF、WD任意一种类型。
3.BF型的Lmin为缩短后的最小长度。
4.BF、WF型的安装长度L，按需要确定。
5.标准附录中尚有大规格的万向联轴器，可见原标准。
DH型联轴器
DH型—短伸缩焊接式
CH型联轴器
CH型—长伸缩焊接式
SWC型万向联轴器与相配件的连接尺寸及螺栓预紧力矩
万向联轴器通过高强度螺栓及螺母把两端的法兰连接在其他相配件上，其相配件的连接尺寸及螺栓预紧力矩按表7-2-24的规定。
表7-2-24
连接螺栓从相配件的法兰侧装入，螺母由另一侧预紧，其螺栓的力学性能为10.9级；螺母的力学性能为10级。
SWC型万向联轴器的布置与选用计算
（1）布置
整体叉头十字轴式万向联轴器由两个万向节和一根中间轴构成，如图7-2-4所示。为使主、从动轴的角速度相等，即ω1=ω2，需满足下列三个条件：
图7-2-4
1，2—万向节；3—中间轴
①中间轴与主、从动轴间的轴线折角相等，即β1=β2；
②中间轴两端的叉头位于同一相位；
③主、从动轴与中间轴三轴的中心线在同一平面内。
万向联轴器的安装型式按其轴线相互位置，一般为Z型（图7-2-4a）和W型（图7-2-4b）。
（2）万向联轴器应根据载荷特性、计算转矩、轴承寿命及工作转速选用。
计算转矩由式（7-2-6）和式（7-2-7）求出
Tc=KT （7-2-6）
（7-2-7）
式中 T——理论转矩，kN·m；
Tc——计算转矩，kN·m；
Pw——驱动功率，kW；
n——工作转速，r/min；
K——工作情况系数，见表7-2-25。
表7-2-25 工作情况系数K
一般情况下按传递转矩和轴承寿命选择万向联轴器，也可根据机械设备的具体使用要求，只校核强度或轴承寿命。
a.强度校核 按式（7-2-8）进行强度校核
Tc≤Tn 或 Tc≤Tf 或 Tc≤Tp （7-2-8）
式中 Tc——计算转矩，kN·m；
Tn——公称转矩见参数表，kN·m；
Tf——在交变载荷下按疲劳强度所允许的转矩见参数表，kN·m；
Tp——在脉动载荷下按疲劳强度所允许的转矩，Tp=1.45Tf，kN·m。
b.轴承寿命校核 按式（7-2-9）进行轴承寿命校核
（7-2-9）
式中 LN——使用寿命，h；
n——工作转速，r/min；
β——工作时的轴线折角，（°）；
T——理论转矩，kN·m；
K1——原动机系数，电动机：K1=1；柴油机：K1=1.2；
KL——轴承容量系数，见参数表。
当水平、垂直面间同时有轴线折角时，其合成轴线折角按式（7-2-10）计算
（7-2-10）
式中 β——合成轴线折角，（°）；
β1——水平面的轴线折角，（°）；
β2——垂直面的轴线折角，（°）。
为使万向联轴器平稳地运转，各限制转速下的轴线折角不得超过图7-2-5的规定。
图7-2-5 各轴线折角下的限制转速
当选用长的万向联轴器时，其工作转速必须低于临界转速，应按式（7-2-11）进行校核：
（7-2-11）
式中 nc——临界转速，r/min；
D3——中间轴的钢管外径，mm；
D0——中间轴的钢管内径，mm；
L——两十字万向节的距离，mm。
在低速、小轴线折角的使用条件下，其工作转速：n≤0.85nc；
在高速、大轴线折角的使用条件下，其工作转速：n≤0.65nc。
3.6.2 SWP型剖分轴承座十字轴式万向联轴器（摘自JB/T 3241—2005）
SWP型为剖分式轴承座，便于更换轴承，但连接轴承座的螺栓是薄弱环节，降低了可靠度。A型～F型的许用轴线折角βP≤10°～15°；G型的许用轴线折角βP≤5°。
A型、B型、C型、D型、E型、F型联轴器
A型—有伸缩长型
B型—有伸缩短型
C型—无伸缩短型
D型—无伸缩长型
E型—有伸缩双法兰长型
F型—大伸缩长型
标记示例：回转直径D=285mm，长度L=720mm，C型无伸缩短型万向联轴器，标记为：
SWP285C×720联轴器 JB/T 3241—2005
G型—有伸缩超短型联轴器
ZG型—正装贯通型、FG—反装贯通型联轴器
ZG型—正装贯通型
FC型—反装贯通型
SWP型万向联轴器的连接及螺栓预紧力矩
万向联轴器是通过高强度螺栓及螺母把两端的法兰连接在其他构件上，通过法兰端面键及法兰间摩擦力传递转矩的。这种万向联轴器的法兰与其相配件的连接尺寸及螺栓预紧力矩见表7-2-28a。其螺栓的力学性能应符合GB/T 3098.1中10.9级，螺母的力学性能应符合GB/T 3098.4中10级的规定。轴承盖螺钉的力学性能应符合GB/T 3098.1中12.9级，螺钉的预紧力矩见表7-2-28b。
表7-2-29 法兰连接螺栓预紧力矩
注：□表示A、B、C、D、E、F中任意一种型式。
表7-2-30 轴承盖连接螺钉预紧力矩
SWP型万向联轴器的选用计算
（1）按传递转矩计算
Tc=TKa≤Tn （N·m） （7-2-12）
或 Tc≤Tp （N·m） （7-2-13）
或 Tc≤Tf （N·m） （7-2-14）
式中 Tc——万向联轴器的计算转矩，N·m；
T——万向联轴器的理论转矩，
，N·m；
Pw——驱动功率，kW；
n——万向联轴器转速，r/min；
Tn——万向联轴器公称转矩，N·m，见表7-2-26～表7-2-28；
Tp——万向联轴器的脉动疲劳转矩，N·m，见表7-2-26～表7-2-28，当在脉动载荷作用时，按Tp选用万向联轴器；
Tf——万向联轴器的交变疲劳转矩，N·m，见表7-2-26～表7-2-28，当在正反交变载荷作用时，按Tf选用万向联轴器；
Ka——载荷性质（即工作条件）系数，见表7-2-31。
表7-2-31 载荷性质系数
（2）按轴承寿命计算
（7-2-15）
式中 Lh——使用寿命，h；
KL——联轴器轴承容量系数，见表7-2-32；
表7-2-32 联轴器轴承容量系数
注：本表适用于A、B、C、D、E、F、G型式。
n——万向联轴器转速，r/min；
β——万向联轴器的轴线折角，（°）；
Tc——万向联轴器的计算转矩，kN·m；
KD——原动机系数，电动机KD=1，汽油机KD=1.15，柴油机KD=1.2。
（3）对于转速高、折角大或其长度超出10倍回转直径的万向联轴器，除按（1）进行计算外，还必须验算其转动灵活性以及临界转速。转动灵活性用nβ表示。
回转直径 D≤225时，nβ<16000 （7-2-16）
250≤D≤350时，nβ<14000 （7-2-17）
（4）万向联轴器的布置
①平面系布置 参考本章3.6.1节SWC型万向联轴器的布置，见图7-2-4。主、从动轴与中间轴三轴的轴线在同一平面内的系统称为平面系统（即满足条件③），有Z型布置或W型布置。平面系统布置同时满足条件①、②，则为等角速度传动，即ω1=ω2。平面系统不同时满足①、②条件则为不等角速度传动。平面系统不等角速度传动的主动轴与从动轴的角速度位移差计算见下式
式中 φ1——主动轴的角位移量，（°）；
β1——中间轴线与主动轴线的折角，rad；
β2——中间轴线与从动轴线的折角，rad。
当φ1=45°时，φ值为最大。
②空间系布置 中间轴与主、从动轴的三轴线不在同一平面内的系统称为空间系统。空间系统均为不等角速度传动，详见标准附录B。