十字轴万向节设计

二、十字轴万向节设计
十字轴万向节的损坏形式主要有十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。一般情况下，当磨损或压痕超过0．15mm时，十字轴万向节便应报废。十字轴的主要失效形式是轴颈根部处的断裂，所以在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。
设各滚针对十字轴轴颈作用力的合力为F(图4—11)，则
(4—6)
式中，TS 为万向传动的计算转矩， TS = min[Tse，Tss]min；r 为合力 F 作用线到十字轴中心之间的距离；α 为万向传动的最大夹角。
十字轴轴颈根部的弯曲应力 σw 应满足
(4—7)

式中，d1 为十字轴轴颈直径；d2 为十字轴油道孔直径；s 为合力 F 作用线到轴颈根部的距离；[σw]为弯曲应力许用值，为250～350MPa。
十字轴轴颈的切应力 τ 应满足
(4—8)
式中，[τ]为切应力 τ 许用值，为80～120MPa。
滚针轴承中的滚针直径一般不小于1．6mm，以免压碎，而且差别要小，否则会加重载荷在滚针间分配的不均匀性，一般控制在0．003mm以内。滚针轴承径向间隙过大时，承受载荷的滚针数减少，有出现滚针卡住的可能性；而间隙过小时，有可能出现受热卡住或因脏物阻滞卡住，合适的间隙为0．009～0．095mm，滚针轴承的周向总间隙以0．08～0．30mm为好。滚针的长度一般不超过轴颈的长度，使其既有较高的承载能力，又不致因滚针过长发生歪斜而造成应力集中。滚针在轴向的游隙一般不应超过0．2～0．4mm。
滚针轴承的接触应力为
(4—9)
式中，η0为滚针直径(mm)；Lb为滚针工作长度(mm)；Fn为在合力 F 作用下一个滚针所受的最大载荷(N)，由式(4—10)确定
(4—10)
式中，i为滚针列数；z为每列中的滚针数。
当滚针和十字轴轴颈表面硬度在 58HRC 以上时，许用接触应力为3000～3200MPa。
万向节*与十字轴组成连接支承。在万向节工作过程中产生支承反力，*体受到弯曲和剪切，一般在与十字轴轴孔中心线成45°的某一截面上的应力最大，所以也应对此处进行强度校核。
十字轴万向节的传动效率与两轴的轴间夹角 α 、十字轴支承结构和材料、加工和装配精度以及润滑条件等有关。当 α ≤25°时可按下式计算
(4—11)
式中 η0 为十字轴万向节传动效率；f 为轴颈与万向节*的摩擦因数，滑动轴承：f=0．15～0．20，滚针轴承：f=0．05～0．10；其它符号意义同前。
通常情况下，十字轴万向节传动效率约为97％～

99％。
十字轴常用材料为20CrMnTi、20Cr、20MnVB等低碳合金钢，轴颈表面进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为0．8～1．2mm，表面硬度为58～64HRC，轴颈端面硬度不低于55HRC，芯部硬度为33～48HRC。万向节*一般采用40或45中碳钢，调质处理，硬度为18～33HRC，滚针轴承碗材料一般采用GCrl5。