V型輥道輸送機十字軸萬向節的失效分析及改進

朱衛波 朱濤

摘 要：本文針對V型輥道輸送機在使用過程中的十字軸萬向節聯軸器的失效問題進行分析，并提出了改進措施。此次改進不僅優化了V型輥道輸送機的傳動系統，同時也為同類設備的設計開發提供了一定的借鑒和參考，避免類似的問題再次發生。

關鍵詞：V型輥道輸送機；十字軸萬向節；失效

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A

0 引言

V型輥道輸送機是一種新型的專門用來輸送胎坯的輥筒輸送機。輸送機采用雙排輥筒，V型布置，使輥道形成V型截面，這樣可以避免胎胚在傳輸過程中，胎胚止口與輸送滾筒表面直接長時間接觸，導致胎胚嚴重變形。但是，這種新型輸送機在運行一段時間后，十字軸萬向節頻繁發生螺紋連接銷釘脫落、十字軸表面磨損的現象。

1 V型輥道輸送機的傳動系統簡介

該V型輥道輸送機采用單電機驅動，經過蝸輪蝸桿減速機降速，然后由鏈條傳動將動力輸入到動力分配裝置，經過動力分配裝置將動力轉化成雙側等功率輸出，再通過十字軸萬向節將動力傳遞給兩側的主動滾筒，主動滾筒另外一端安裝雙鏈輪，最后通過等距鏈條帶動其他滾筒連續運轉。傳動系統原理圖如圖1所示。

2 十字軸萬向節的失效分析

2.1 十字軸萬向節的運動特性

2.1.1 萬向節運動特性分析

十字軸萬向聯軸器的結構原理如圖2所示，主動軸、從動軸上的萬向節叉 1、3 中間的十字軸2分別以鉸鏈連接，當兩軸有角位移時，萬向節叉1、3繞各自軸線回轉，而十字軸則做空間運動。

兩軸軸間角α不等于零時， 任一瞬時主動軸轉角Φ1與從動軸轉角Φ2，如圖3所示。在垂直主動軸1的平面上投影，主動軸叉上 A 點的軌跡為一實際大小的圓，從動軸叉上 B 點的軌跡為一橢圓。由于 OB垂直 OA，因此，當主動軸叉轉過角Φ1，在投影面上A0 點轉至 A′點，而 B0點轉至B1′點， O1′B1′與 0′A′仍保持垂直關系，即∠ B0O′B1′=Φ1。而從動軸叉上 B 點實際轉角Φ2，可將 OB1所在平面轉過角α使與 OA所在平面重合，此時 OB1成為 OB1″， B1″點所對中心角∠ B0O′B1″即為從動軸角Φ2，由幾何關系可得tanΦ2 = tanΦ1/cosα或 cosα=tanΦ1/tanΦ2 。

式中：

α—主、從動軸間的軸間角。

由圖3可得出主、從動軸之間的角速度關系式

由關系式中主、從動軸角速度比值和主動軸轉角的關系可得：

從動軸角速度最大值為：

從動軸角速度最小值為：ω2min=ω1·cosα

2.1.2 V型輥道輸送機的萬向節的輸入和輸出特性值

電機轉速：n0=1430rpm

減速機減速比：u0=6.8

鏈條傳動減速比：

（主動鏈輪齒數z1=14；從動鏈輪齒數z1=21）

主、從動軸的軸間角：α=25°

萬向節的輸入角速度：

萬向節的輸出角速度，其最大值為

其最小值為

ω2min=ω1·cosα=140.2×cos25=127.1rpm

2.2 輸送機中十字軸聯軸器的損壞原因

由上面的分析，可知單節十字軸聯軸器的從動軸在轉動過程中，主、從動軸的軸間角（α ≤ 45°）一定的情況下，角速度隨著主動軸的轉角Φ1的不斷增大而呈現出周期性變化。這樣就使聯軸器里的十字節銷軸受到交變力，最終導致十字銷軸的緊固螺釘經常松動或脫落。

3 輥道輸送機的改進措施

由于單節十字軸聯軸器在傳動工程中，從動軸的角速度是不斷變化所造成的十字節銷軸脫落，可根據輸送機的實際情況，選擇一款小型的球籠式等速聯軸器，來替代不等速的十字節聯軸器，從而改善頻繁維修聯軸器這種狀況。

結語

在萬向節聯軸器的軸間角α不等于零的情況下，其從動軸具有不等速的運動特性，不僅速度周期性波動，傳遞的功率也損失一部分，且隨著軸間角的增大，角速度的波動也增大，傳遞的功率的損失也更多。在實際應用中，盡量避免使用單節十字軸萬向聯軸器，而選擇球籠式的等速聯軸器。

改進后的“V”型輥道輸送機，由于聯軸器的輸入和輸出角速度的等速性，“V”型排布的滾筒勻速轉動，輪胎胎坯在“V”型輥道中傳送更加的平穩流暢，同時大大減少了聯軸器維修頻率，提高了生產效率，為輪胎胎坯的自動化輸送提供借鑒，有一定的參考價值。

參考文獻

[1]朱衛波，馬福全.V型輥道輸送機設計及研究[J].制造業自動化，2018（2）：92-93，98.

[2]艾維，方開翔.十字軸萬向節串聯軸傳動特性研究[J].江蘇科技大學學報，2007（2）：71-74.