V型辊道输送机十字轴万向节的失效分析及改进

朱卫波 朱涛

摘 要：本文针对V型辊道输送机在使用过程中的十字轴万向节联轴器的失效问题进行分析，并提出了改进措施。此次改进不仅优化了V型辊道输送机的传动系统，同时也为同类设备的设计开发提供了一定的借鉴和参考，避免类似的问题再次发生。

关键词：V型辊道输送机；十字轴万向节；失效

中图分类号：U463 文献标志码：A

0 引言

V型辊道输送机是一种新型的专门用来输送胎坯的辊筒输送机。输送机采用双排辊筒，V型布置，使辊道形成V型截面，这样可以避免胎胚在传输过程中，胎胚止口与输送滚筒表面直接长时间接触，导致胎胚严重变形。但是，这种新型输送机在运行一段时间后，十字轴万向节频繁发生螺纹连接销钉脱落、十字轴表面磨损的现象。

1 V型辊道输送机的传动系统简介

该V型辊道输送机采用单电机驱动，经过蜗轮蜗杆减速机降速，然后由链条传动将动力输入到动力分配装置，经过动力分配装置将动力转化成双侧等功率输出，再通过十字轴万向节将动力传递给两侧的主动滚筒，主动滚筒另外一端安装双链轮，最后通过等距链条带动其他滚筒连续运转。传动系统原理图如图1所示。

2 十字轴万向节的失效分析

2.1 十字轴万向节的运动特性

2.1.1 万向节运动特性分析

十字轴万向联轴器的结构原理如图2所示，主动轴、从动轴上的万向节叉 1、3 中间的十字轴2分别以铰链连接，当两轴有角位移时，万向节叉1、3绕各自轴线回转，而十字轴则做空间运动。

两轴轴间角α不等于零时， 任一瞬时主动轴转角Φ1与从动轴转角Φ2，如图3所示。在垂直主动轴1的平面上投影，主动轴叉上 A 点的轨迹为一实际大小的圆，从动轴叉上 B 点的轨迹为一椭圆。由于 OB垂直 OA，因此，当主动轴叉转过角Φ1，在投影面上A0 点转至 A′点，而 B0点转至B1′点， O1′B1′与 0′A′仍保持垂直关系，即∠ B0O′B1′=Φ1。而从动轴叉上 B 点实际转角Φ2，可将 OB1所在平面转过角α使与 OA所在平面重合，此时 OB1成为 OB1″， B1″点所对中心角∠ B0O′B1″即为从动轴角Φ2，由几何关系可得tanΦ2 = tanΦ1/cosα或 cosα=tanΦ1/tanΦ2 。

式中：

α—主、从动轴间的轴间角。

由图3可得出主、从动轴之间的角速度关系式

由关系式中主、从动轴角速度比值和主动轴转角的关系可得：

从动轴角速度最大值为：

从动轴角速度最小值为：ω2min=ω1·cosα

2.1.2 V型辊道输送机的万向节的输入和输出特性值

电机转速：n0=1430rpm

减速机减速比：u0=6.8

链条传动减速比：

（主动链轮齿数z1=14；从动链轮齿数z1=21）

主、从动轴的轴间角：α=25°

万向节的输入角速度：

万向节的输出角速度，其最大值为

其最小值为

ω2min=ω1·cosα=140.2×cos25=127.1rpm

2.2 输送机中十字轴联轴器的损坏原因

由上面的分析，可知单节十字轴联轴器的从动轴在转动过程中，主、從动轴的轴间角（α ≤ 45°）一定的情况下，角速度随着主动轴的转角Φ1的不断增大而呈现出周期性变化。这样就使联轴器里的十字节销轴受到交变力，最终导致十字销轴的紧固螺钉经常松动或脱落。

3 辊道输送机的改进措施

由于单节十字轴联轴器在传动工程中，从动轴的角速度是不断变化所造成的十字节销轴脱落，可根据输送机的实际情况，选择一款小型的球笼式等速联轴器，来替代不等速的十字节联轴器，从而改善频繁维修联轴器这种状况。

结语

在万向节联轴器的轴间角α不等于零的情况下，其从动轴具有不等速的运动特性，不仅速度周期性波动，传递的功率也损失一部分，且随着轴间角的增大，角速度的波动也增大，传递的功率的损失也更多。在实际应用中，尽量避免使用单节十字轴万向联轴器，而选择球笼式的等速联轴器。

改进后的“V”型辊道输送机，由于联轴器的输入和输出角速度的等速性，“V”型排布的滚筒匀速转动，轮胎胎坯在“V”型辊道中传送更加的平稳流畅，同时大大减少了联轴器维修频率，提高了生产效率，为轮胎胎坯的自动化输送提供借鉴，有一定的参考价值。

参考文献

[1]朱卫波，马福全.V型辊道输送机设计及研究[J].制造业自动化，2018（2）：92-93，98.

[2]艾维，方开翔.十字轴万向节串联轴传动特性研究[J].江苏科技大学学报，2007（2）：71-74.