十字轴式万向联轴器的改进

十字轴式万向联轴器的主要失效形式为十字轴的断裂、轴颈表面出现塑性压痕或点蚀剥落。这是由于轴颈上载荷引起的应力超过了材料的弯曲应力及限与接触应力及限所致。因此,为了延长联轴器的使用寿命,应当降低轴颈危险截面的弯曲应力和表面的接触应力,或者改变中间受力元件的受力状态。设计这种联轴器时,为了提高总成的承载能力,除了采用强度好材料和采取需要的工艺措施外,在结构设计上总是力求使每个构件都具有较大的材料实体。就设计标准来看,联轴器主要受力元件的十字轴,有4个轴颈,一对(2个)轴颈决定了它的承载能力。
      为提高承载能力,设想将十字轴改成三叶轴,动力不再从十字轴的一对轴颈输入,从三叶轴的中间花键孔输入,将三叶轴的3个轴颈均用于力矩的输出,提高其承载能力。三叶轴式万向联轴器,这种由三叶轴、球环、三柱槽壳体及中间轴组成的万向节双节使用时,同样具有瞬时等角速度传递动力的功能。三柱槽壳体上有3个沿圆周均匀分布的3个柱槽孔,与安装在三叶轴上的3个球环相配合,三叶轴可以在三柱槽壳体内摆动,此时球环既沿柱槽孔表面滚动,同时又沿三叶轴的轴颈移动,从而实现传动过程中的角度补偿。工作时,动力由三柱槽壳体输入,当输入端的三柱槽壳体以等角速度Ξ转动时,球环沿椭圆轨迹运动,带动三叶轴绕中间轴轴线旋转,通过与三叶轴内花键轴联接的中间轴将动力传至另一端的三柱槽壳体,实现动力输出。这种联轴器的受力元件为三叶轴,由于动力输出轴颈数量的变加,承载能力可较相同规格的十字轴式万向联轴器提高50%。
      另一种改进是球铰T型销式万向联轴器，它是由内球面体、外球面体组成球关节,在外球面体的外表面沿轴向方向开有数条(视设计承载能力而定)均布的弧形槽,在通过内球面体球心横截面的内壁上开有相同数量的轴承孔。相应数量的T型销装在内球体与外球体之间,作为传递动力的中间零件,T型销的一端装在内球面体的轴承孔内,另一端,则装在外球面体的弧形槽内。工作过程中,T型销的一端在内球面体的轴承孔内摆动,另一端在外球面体的弧形槽内同时作往复移动。球关节具有绕X、Y、Z轴转动3个自由度,加入T型销后限制了绕其中一个轴的转动,实现了万向传动。
      这种联轴器在结构上突破了传统的结构形式,在保持原来回转直径不变的情况下,能够根据承载能力的需要,通过改变T型销数量及相应尺寸的方法来改变其承载能力。在与十字轴轴径相同的条件下,该联轴器传递动力的中间元件T型销数量可以变加到6个,这对十字轴式万向联轴器来说是不可想象的。重要的是,这种结构改变了中间元件的受力状态,原来的十字轴除受接触应力外,由主要受弯曲应力变为以受剪切应力为主;T型销数量的变加,降低了轴颈表面的比压,接触应力大幅度降低,从而在相同回转直径下,使成倍地提高承载能力成为可能。又由于这种联轴器的关节尺寸相对较小,许用的轴倾角可以设计得足够大,以适应相当短的轴端距场合，这是十字轴式万向联轴器所不具备的。