對某油田現(xiàn)場使用的花瓣式與花鍵式萬向軸嚙合結(jié)構(gòu)進行了受力分析;并通過數(shù)值仿真分析軟件,對不同嚙合結(jié)構(gòu)的靜載能力、抗疲勞能力與抗磨損能力進行了分析。受力分析結(jié)果表明,嚙合點產(chǎn)生的不平衡力會對馬達產(chǎn)生反作用力,其位置變化越大,對馬達反作用力越大�；ㄦI與花瓣式萬向軸的有限元對比分析結(jié)果表明:花鍵式萬向軸的靜載能力、抗疲勞能力、鉸鏈結(jié)構(gòu)的抗磨損能力和對馬達的反作用力均優(yōu)于花瓣式萬向軸,其靜強度提高了29%,對馬達的反作用力降低了75%;但花鍵抗磨損能力要弱于瓣齒,為防止花鍵過度磨損,花鍵式萬向軸必須帶有密封結(jié)構(gòu)為花鍵提供密封和潤滑。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2020,37(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

運動形式和受力分析Fig.1Motionformandforceanalysis1-轉(zhuǎn)子(rotor)

1436應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第37卷2萬向軸運動和受力萬向軸運動形式和受力分析如圖1所示(其中為自轉(zhuǎn)角速度；為公轉(zhuǎn)角速度；為偏心角；圓點為鉸接點)，萬向軸上端和馬達連接部分隨同馬達作行星運動，下端和傳動軸連接部分隨同傳動軸作定軸轉(zhuǎn)動，通過上下鉸鏈的換向作用，實現(xiàn)不同軸間轉(zhuǎn)速的傳遞。萬向軸主要受馬達水力作用所產(chǎn)生的扭矩和軸向力，同時受萬向軸自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心慣性力。1-轉(zhuǎn)子(rotor)；2-傳動軸(transmissionshaft)圖1運動形式和受力分析Fig.1Motionformandforceanalysis3嚙合傳動力平衡分析現(xiàn)有萬向軸的鉸鏈結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過兩端的球座與鋼球或細長球面軸相配的形式提供鉸鏈功能，一個萬向節(jié)繞鉸鏈中心作定心旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)兩個萬向節(jié)之間的相對運動。1-花瓣式萬向軸(petalcardanshaft)；2-花鍵式萬向軸(splineuniversalshaft)；3-鉸鏈結(jié)構(gòu)(hingestructure)圖2萬向軸鉸鏈結(jié)構(gòu)形式Fig.2Structureformofuniversalaxlehinge圖3不同軸傳遞時嚙合點軸向分布Fig.3Axialdistributionofmeshingpointswithdifferentaxistransmission萬向軸用于同軸之間的傳遞時，嚙合點位于萬向軸的同一軸截面上；而不同軸之間傳遞時，嚙合點一般位于不同的軸截面上，如圖3所示。下文中分析嚙合點數(shù)量、軸向位置和應(yīng)力大小對萬向軸約束反力(馬達反作用力)的影響。假設(shè)共有N個嚙合面，嚙合傳動產(chǎn)生的接觸壓力的合力所產(chǎn)生的馬達轉(zhuǎn)子中心線的合力矩，大小等于馬達扭矩。不同的嚙合結(jié)構(gòu)，每個嚙合面上的嚙合點在馬達軸線(或傳動軸軸線)上的相對位置是不同的，嚙合點上的應(yīng)力也有很大差異。而幾何相對位置和應(yīng)力大小將會影響萬向軸對馬達的反作用力，該反

球座與鋼球或細長球面軸相配的形式提供鉸鏈功能，一個萬向節(jié)繞鉸鏈中心作定心旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)兩個萬向節(jié)之間的相對運動。1-花瓣式萬向軸(petalcardanshaft)；2-花鍵式萬向軸(splineuniversalshaft)；3-鉸鏈結(jié)構(gòu)(hingestructure)圖2萬向軸鉸鏈結(jié)構(gòu)形式Fig.2Structureformofuniversalaxlehinge圖3不同軸傳遞時嚙合點軸向分布Fig.3Axialdistributionofmeshingpointswithdifferentaxistransmission萬向軸用于同軸之間的傳遞時，嚙合點位于萬向軸的同一軸截面上；而不同軸之間傳遞時，嚙合點一般位于不同的軸截面上，如圖3所示。下文中分析嚙合點數(shù)量、軸向位置和應(yīng)力大小對萬向軸約束反力(馬達反作用力)的影響。假設(shè)共有N個嚙合面，嚙合傳動產(chǎn)生的接觸壓力的合力所產(chǎn)生的馬達轉(zhuǎn)子中心線的合力矩，大小等于馬達扭矩。不同的嚙合結(jié)構(gòu)，每個嚙合面上的嚙合點在馬達軸線(或傳動軸軸線)上的相對位置是不同的，嚙合點上的應(yīng)力也有很大差異。而幾何相對位置和應(yīng)力大小將會影響萬向軸對馬達的反作用力，該反作用力影響定子橡膠的應(yīng)力和疲勞壽命。嚙合點應(yīng)力只考慮嚙合法向應(yīng)力，受力分析如圖4所示。XYZ為整體坐標系，為便于受力分析，建立如圖4所示的局部坐標系X"Y"Z"，圖4中萬向軸的嚙合接觸點1的法向接觸力的水平面投影正好垂直于紙面向內(nèi)，即平行于X"軸。從嚙合點1開始，按順時針順序?qū)⑵溆喟挲X嚙合點進行編號。1N,XYF、2N,XYF、3N,XYF分別為嚙合點法向力，1NF、2NF、3NF分別為在水平面方向的投影分力。同軸傳遞時(上下萬向體之間夾角為0)，根據(jù)萬向軸線型的特點，嚙合點的法向力方向為嚙合點的環(huán)向方向，因

【參考文獻】：
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