十字軸式萬向聯軸器的關節建模及工藝分析

隨著機械行業的發展，作為礦山、運輸、造紙等行業設備上重要基礎件之一的十字軸式萬向聯軸器正慢慢替代傳統的十字滑塊聯軸器、齒式聯軸器等。十字軸式萬向聯軸器結構由起初的SWP型（軸承座剖分式）、SWZ型（整體軸承座式）發展到目前的SWC型。SWC型又稱整體叉頭式，其為無螺栓結構，軸承固定不用螺栓，避免了因螺栓剪斷而破壞的薄弱環節，延長使用壽命，便于維護，適用于各種重型機械，可以實現兩個不在同一軸線上的傳動軸系聯接，此外，它還具有角度補償能力大、傳動效果好等優點。1SWC型萬向聯軸器的關節三維實體建模關節是SWC型十字軸式萬向聯軸器的關鍵部件，它主要由法蘭叉頭和十字軸組成，這些零件結構復雜，因此給建模帶來了困難，下面以法蘭叉頭為例來說明其建模過程。法蘭叉頭包含一些復雜曲面，其曲面部分是建模的難點，利用Solidworks[2]平臺能夠完成法蘭叉頭的建模，具體步驟為：（1）依次通過拉伸（法蘭盤）、旋轉（叉頭整體）、切除（叉頭內腔和軸承孔）、旋轉切除（傾角余量）、切除（叉頭側面外形），（2）使用“掃描切除及鏡向”特征頂部圓弧面和底部窩，由于兩個法蘭叉在其底座部分與相對應的另一個法蘭叉頂部相互成鎖緊型結合（見裝配圖），所以底部窩是用頂部相關尺寸切除；（3）經過適當的修剪，法蘭叉頭的造型，。此外，法蘭端部可以制成端面鍵或端面齒，便于其底座與減速機（或等速機）輸出軸的法蘭接座連接。同樣使用Solidworks相關特征，可十字軸的三維實體模型。然后在Solidworks平臺下進行裝配干涉操作，當發現叉頭之間或叉頭與十字軸發生空間沖突時，可以在Solidworks樹形圖上雙擊需要修改的零件，直接切換到零件設計平臺并進行修改，這就是參數化實體建模的優點。

法蘭叉頭結構復雜，主要由法蘭盤、叉頭內腔、軸承孔、頂部圓弧、底部窩組成，使用時其法蘭底座與減速機（或等速機）輸出軸的法蘭接座的法蘭及工作端的法蘭通過端面鍵或端面齒相嚙合并用螺栓緊固達到連接，從而實現萬向聯軸器傳遞動力和運動的目的。裝配時兩個法蘭叉配套使用，即將一個十字軸裝在兩個交錯成0度布置的法蘭叉內。法蘭叉的主要加工內容為：軸承孔、端面齒、法蘭盤等（其余加工內容由外協負責處理），加工工藝主要有：鑄造、噴丸→粗車（頂部工藝外圓、法蘭端面）→粗鏜軸承孔→精車（叉頭外圓、法蘭外圓）→銑端面齒→粗鏜及精鏜軸承孔（粗鏜、精鏜軸承孔時均以法蘭外圓為基準）。十字軸十字軸是實現變角度動力傳遞，改變傳動軸線方向的位置，是十字軸式萬向聯軸器關節中的重要部件。它包括兩個相錯0度的軸頭結構，兩個軸頭結構的軸頭相互錯位成10度，在一個共同的軸線上，平面是相互平行的。十字軸毛坯件為鍛件，比較難加工，加工工藝過程復雜，主要加工四個軸頸圓端面（四個軸頸端面需要車平且通過打表實現兩兩關于中心對稱）、上下平面、軸頸端面以及臺肩根部圓角表面。加工工藝主要有:鍛造并正火處理→粗車→立車（以毛坯的四個軸頸為粗基準車工藝基準孔）→鏜（以工藝基準孔為精基準銑四軸頸端面）→鉆四個通孔（鉆通孔目的：從其中一個孔打油，油可以從其它油口冒出，起到潤滑作用，另外，便于熱處理使十字軸性能→車（車工藝臺階、軸頸外圓及臺肩根部圓角、沉臺）→滲碳淬火→磨工藝外圓→精車軸頸端面→著色探傷（不允許有裂紋存在），其中夾具中的零件有：心軸、開口墊圈、擋銷、定位板、鉆套、鉆模板等。此外，十字軸臺肩根部圓角不應太小，避免應力集中（1）法蘭叉頭與十字軸的三維實體結構圖可以作為進一步優化關節結構的基礎；法蘭叉頭和十字軸的加工工藝較為復雜、工序較多，需嚴格控制加工過程，十字軸式萬向聯軸器傳遞動力的平穩性。