单万向联轴器优化设计

单万向联轴器优化设计

    万向联轴器在工业生产中应用非常广泛,这里所提到单万向联轴器是指医 疗器械中的一种特别套筒扳手。一般的万向联轴器的轴线间较大夹角为30°,但由于这个套筒扳手在使用中的轴线间夹角可能超过30°,那么在这个大的角度下,为保护传递足够的转矩,套筒扳手的内部结构参数和套筒外直径受什么样的影响,这正是本文要讨论的问题。

优化设计的主要计算由计算机来完成,但优化设计的建模分析如下。由于这个联轴器是由输入单叉、输出单叉、中间块、大销和小销组成,联轴器优化设计与每个零件息息相关,即每个零件都要进行优化设计,而且,每改变一个零件的尺寸就要改变相应的其他零件的尺寸。但是,从运动分析来看,输入、输出单叉会产生物理干涉;从强度计算分析上来看,小销的剪切强度较弱,如果小销能够满足强度的要求,那么,根据小销的尺寸而定出来的其他零件的尺寸,就也能够满足强度方面的要求。因此,对联轴器的优化设计就要首先对小销进行优化设计,同时小销也应该满足剪切强度方面的要求;其次,由于有了确定的小销尺寸,单叉的尺寸也就可以求出来,然后再对单叉进行零件的优化设计,这样就可以完成整个联轴器机构的优化设计。

对于这个抽象出来的理想的单万向联轴器,由于存在一个轴间角β,输入角和输出角之间存在一个滞后值Z,而这个滞后值深刻地影响单叉的几何参数α,φ,中间块上的大销和小销的直径,同时也进而影响单叉的外圆直径,于是也影响单万向联轴器的强度。事实上这个滞后值就是要保护输入和输出单叉间的可预留的空间,只要这个空间存在,万向联轴器就可以正常运转。另外,如果应用两个单万向联轴器,且轴间角β相一致,当工作在一个平面上的时候,就可以相抵消4个单叉间的滞后值。