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萬(wàn)向聯(lián)軸器設(shè)計(jì)
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目錄
第一章 緒 論 1
1．1 前言 1
1．2萬(wàn)向聯(lián)軸器作用 2
1．3萬(wàn)向聯(lián)軸器的種類及特點(diǎn) 2
1．3．1 特點(diǎn)： 2
1．3．2 種類： 3
1．3．3 結(jié)構(gòu)： 3
1．4 課題目的和要求: 5
1．4．1課題 5
1．4．2 設(shè)計(jì)技術(shù)要求與數(shù)據(jù) 5
第二章 萬(wàn)向聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析 6
2．1十字萬(wàn)向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)組成及受力分析 6
2．1．1 十字萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)總成 6
2．1．2 十字萬(wàn)向聯(lián)軸器受力分析 6
2．2十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器運(yùn)動(dòng)分析 7
2．2．1十字軸式單萬(wàn)向聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)分析 7
2．2．2十字軸時(shí)雙向聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)分析 9
2．3萬(wàn)向節(jié)十字軸設(shè)計(jì)原則 12
2．3．1按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)十字軸 12
2．3．2按表面應(yīng)力設(shè)計(jì)十字軸 13
2．4軸承的壽命計(jì)算 14
2．4．1軸承的動(dòng)扭矩 14
2．4．2軸承的壽命計(jì)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(yīng)力計(jì)算 15
2．5．3 叉頭根部應(yīng)力 15
第三章 萬(wàn)向軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
3．1概述 17
3．2 十字軸總成游隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
3．2．1 滾動(dòng)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(jié)構(gòu)設(shè) 19
3．4 十字軸萬(wàn)向軸標(biāo)準(zhǔn)及選用計(jì)算 21
3．4．1十字萬(wàn)向軸標(biāo)準(zhǔn) 21
3．4．2 十字萬(wàn)向聯(lián)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(shù)字模型 25
4．2確定數(shù)控加工工藝方案 26
4．2．1劃分?jǐn)?shù)控加工工步 26
4．2．2選擇加工設(shè)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(shè)計(jì)數(shù)控程序 28
4．2．6 確定編程原點(diǎn)和加工坐標(biāo)系 28
4．2．7 設(shè)計(jì)數(shù)控程序加工路線 28
4．2．8設(shè)計(jì)數(shù)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(yàn) 29
4．2．10數(shù)控系統(tǒng)軌跡模擬 30
4．2．11程序傳輸和運(yùn)行 30
第五章 結(jié)語(yǔ)與展望 30
謝 辭 32
參考文獻(xiàn) 33
第一章 緒 論
1．1 前言
UOE鋼管應(yīng)用范圍十分廣闊，不僅應(yīng)用于鋪設(shè)長(zhǎng)距離高壓輸油氣管線，并且已經(jīng)擴(kuò)展到以氣體，液體作為推動(dòng)力輸送礦石、谷物、石油、煤炭。在工程建設(shè)中用于海底隧道，海底打樁，防坡堤及海上采油平臺(tái)等，在其它領(lǐng)域還用于高壓容器，機(jī)架外殼等。
市場(chǎng)與效益分析（ANALYSIS OF MARKET AND RETURNS）
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析：UOE鋼管的市場(chǎng)十分廣闊，據(jù)國(guó)家“十一五”規(guī)劃，到2010年我國(guó)新建原油、天然氣、成品油、煤漿管道總長(zhǎng)度近40000公里，共需UOE鋼管約3000萬(wàn)噸。我公司已先后在西氣東輸支線、內(nèi)蒙長(zhǎng)呼天然氣輸送管線、長(zhǎng)包管線、靖邊擴(kuò)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(biāo)，共銷售UOE鋼管5萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)銷售額3.5億元。
國(guó)際市場(chǎng)分析：國(guó)際上，俄羅斯、土庫(kù)曼斯坦及中東地區(qū)國(guó)家進(jìn)入中國(guó)的油氣資源將通過(guò)海底管道輸送到韓國(guó)、日本等對(duì)能源需求量較大的國(guó)家，預(yù)計(jì)全球總需求量將在16000萬(wàn)噸左右，可以說(shuō)市場(chǎng)十分廣闊。目前國(guó)際上在建的幾條大型天然氣管線項(xiàng)目中，除采用了德國(guó)和日本的UOE鋼管外，也大量采用了我們公司的產(chǎn)品。如伊朗國(guó)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(guó)內(nèi)唯一通過(guò)資格預(yù)審的投標(biāo)人，最終力挫日本鋼管廠與德國(guó)歐洲鋼管公司一舉中標(biāo)。目前我們已經(jīng)發(fā)出近7.5萬(wàn)噸鋼管，并一次性全部通過(guò)國(guó)際監(jiān)理機(jī)構(gòu)SGS的驗(yàn)收，獲得了NIGC的大力好評(píng)，在行業(yè)內(nèi)穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)了重要一席。此前我們也陸續(xù)往巴基斯坦、阿聯(lián)酋、加拿大和美國(guó)出口了大量鋼管，實(shí)現(xiàn)出口總額近6000萬(wàn)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(jī)和脫管機(jī)中的主動(dòng)夾棍的的運(yùn)動(dòng)均由電機(jī)、聯(lián)軸器、變速箱、齒輪箱和十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)，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(jī)示意圖
圖1-3夾棍的工作示意圖
圖1-4 主動(dòng)夾棍的傳動(dòng)系統(tǒng)
十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器是一種最常用的聯(lián)軸器。利用其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)能使不在同一軸線或軸線折角較大或軸向移動(dòng)較大的兩軸等角速連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。能廣泛應(yīng)用于冶金、起重、工程運(yùn)輸、礦山、石油、船舶、煤炭、橡膠、造紙機(jī)械及其它重機(jī)行業(yè)的機(jī)械軸系中傳遞轉(zhuǎn)矩。
聯(lián)軸器是聯(lián)接原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)的重要部件，它的損壞將導(dǎo)致機(jī)器的停頓，甚至波及到整條作業(yè)線，因此對(duì)其可靠性的要求相當(dāng)高。但是，十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器所處的條件又往往是很苛刻的，例如：在軋機(jī)傳動(dòng)中，由于所聯(lián)接的軋輥的直徑有一定限制，因而聯(lián)軸器的回轉(zhuǎn)直徑也相應(yīng)受到限制，軋制過(guò)程中的實(shí)際轉(zhuǎn)矩往往接近聯(lián)軸器的疲勞轉(zhuǎn)矩，稍有不當(dāng)還會(huì)超出，這種過(guò)載現(xiàn)象如頻繁出現(xiàn)，就會(huì)大大降低疲勞壽命，從而使之過(guò)早失效或損壞。另外，十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器空間幾何位置的要求也較高，如有不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)附加轉(zhuǎn)矩，這些附加轉(zhuǎn)矩也會(huì)降低其壽命并影響其傳輸效率。對(duì)于大型聯(lián)軸器來(lái)說(shuō)，由于維修技術(shù)不到位和平衡系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，也會(huì)帶來(lái)相當(dāng)于轉(zhuǎn)矩級(jí)別的附加載荷或者更大，有的甚至使十字軸折斷。因此，對(duì)于這樣一個(gè)核心設(shè)備，要有周全的技術(shù)控制，以確保其壽命。
1．2萬(wàn)向聯(lián)軸器作用
用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。
1．3萬(wàn)向聯(lián)軸器的種類及特點(diǎn)
1．3．1 特點(diǎn)：
萬(wàn)向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn)是具有較大的角向補(bǔ)償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，不同結(jié)構(gòu)型式萬(wàn)向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬(wàn)向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。
1．3．2 種類：
萬(wàn)向聯(lián)軸器有多種結(jié)構(gòu)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(shí)際應(yīng)用中根據(jù)所傳遞轉(zhuǎn)矩大小分為重型、中型、輕型和小型。
1．3．3 結(jié)構(gòu)：
（1）：十字軸式
如圖1-1所示，它由兩個(gè)叉形接頭1、3，一個(gè)中間聯(lián)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(gè)叉形接頭與中間件2聯(lián)接起來(lái)。這樣，就構(gòu)成了一個(gè)可動(dòng)的聯(lián)接。這種聯(lián)軸器可以允許兩軸間有較大的夾角(夾角α最大可達(dá)35°～45°)，而且在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，夾角發(fā)生改
圖1-1 十字軸式
變?nèi)钥烧鲃?dòng)；但當(dāng)過(guò)大時(shí)，傳動(dòng)效率會(huì)顯著降低。
這種聯(lián)軸器的缺點(diǎn)是:當(dāng)主動(dòng)軸角速度ω1為常數(shù)時(shí)，從動(dòng)軸的角速度 并不是常數(shù)，而是在一定范圍內(nèi)(ω1cosα≤ω3≤ω1/cosα)變化，因而在傳動(dòng)中將產(chǎn)生附加動(dòng)載荷。為了改善這種情況，常將十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器成對(duì)使用(右圖<十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器b>)，但應(yīng)注意安裝時(shí)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(yīng)在同一平面內(nèi)(右圖<雙萬(wàn)向聯(lián)軸器>)。只有這種雙萬(wàn)向聯(lián)軸器才可以得到ω3 =ω1 。
（2）：球籠式
球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器是通過(guò)球籠外環(huán)和星形內(nèi)環(huán)分別與主、從動(dòng)軸相聯(lián)，傳力鋼球的中心都位于通過(guò)聯(lián)軸器中心的平面內(nèi)，并裝在由球形外環(huán)和星形內(nèi)環(huán)外球面凹槽組成的滾道中，兩個(gè)球面的中心與萬(wàn)向聯(lián)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(nèi)，從而保證了聯(lián)軸器主、從動(dòng)軸之間的夾角變化時(shí)，傳力點(diǎn)能始終位于夾角的平分線上，因此，球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器主、從動(dòng)軸間的傳速得以保持同步。傳動(dòng)方式可采用滑動(dòng)傳動(dòng)，也可采用滾動(dòng)傳動(dòng)。采用滑動(dòng)傳動(dòng)時(shí)，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(dāng)采用滾動(dòng)傳動(dòng)時(shí)，則在球臂和傳力臂上將原裝有的緩沖套3改裝為滾動(dòng)件，同時(shí)，在球頭和臼座之間亦將原裝有的緩沖墊改為滾動(dòng)件，以適應(yīng)剛性傳動(dòng)的需要。傳動(dòng)的通用部件，而且也可用于高速傳動(dòng)。該萬(wàn)向聯(lián)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(dòng)。
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