十字轴万向节串联轴系传动特性研究（二）
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- 发布时间：2021-09-10 09:55
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【概要描述】在不考虑摩擦损失、从动轴角加速度引起的惯性力偶矩，以及重力等影响因素时，根据输入输出轴的７２ 江苏科技大学学报（自然科学版） ２００７年瞬时功率相等可以得到输入输出轴的转矩关系式Μｎ ＝Μ１·ω１ ωｎ（８）Μｎ ＝Μ１·１＋（ｉ２ｎ１ －１）ｓｉｎ２φ１ ｉｎ１（９）观察式（４）～（８），可以得到一个结论，只需要在轴系的装配过程中使ｉｎ１ ＝１就能够做到整个轴系的输入输出轴的转角同步、转速同步、输出轴无加速度、转矩同步。由此可以知道在满足前面条件时只要合理设计每个万向节的转向角，万向联轴器串联轴系的传动过程是可逆的，即前一个万向节引起的不平稳性可以用后面的一个或几个万向节来平衡。在串联轴系的设计过程中不仅要保证整个轴系输入输出轴的同步，而且要尽量做到中间轴的平稳传动，避免中间轴引起轴系的振动和破坏，也就是在安装过程中合理设计每个万向节的输入输出转向角αｋ（ｋ－１）。
十字轴万向节串联轴系传动特性研究（二）
【概要描述】在不考虑摩擦损失、从动轴角加速度引起的惯性力偶矩，以及重力等影响因素时，根据输入输出轴的７２ 江苏科技大学学报（自然科学版） ２００７年瞬时功率相等可以得到输入输出轴的转矩关系式Μｎ ＝Μ１·ω１ ωｎ（８）Μｎ ＝Μ１·１＋（ｉ２ｎ１ －１）ｓｉｎ２φ１ ｉｎ１（９）观察式（４）～（８），可以得到一个结论，只需要在轴系的装配过程中使ｉｎ１ ＝１就能够做到整个轴系的输入输出轴的转角同步、转速同步、输出轴无加速度、转矩同步。由此可以知道在满足前面条件时只要合理设计每个万向节的转向角，万向联轴器串联轴系的传动过程是可逆的，即前一个万向节引起的不平稳性可以用后面的一个或几个万向节来平衡。在串联轴系的设计过程中不仅要保证整个轴系输入输出轴的同步，而且要尽量做到中间轴的平稳传动，避免中间轴引起轴系的振动和破坏，也就是在安装过程中合理设计每个万向节的输入输出转向角αｋ（ｋ－１）。
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在不考虑摩擦损失、从动轴角加速度引起的惯性力偶矩，以及重力等影响因素时，根据输入输出轴的７２ 江苏科技大学学报（自然科学版） ２００７年瞬时功率相等可以得到输入输出轴的转矩关系式Μｎ ＝Μ１·ω１ ωｎ（８）Μｎ ＝Μ１·１＋（ｉ２ｎ１ －１）ｓｉｎ２φ１ ｉｎ１（９）观察式（４）～（８），可以得到一个结论，只需要在轴系的装配过程中使ｉｎ１ ＝１就能够做到整个轴系的输入输出轴的转角同步、转速同步、输出轴无加速度、转矩同步。由此可以知道在满足前面条件时只要合理设计每个万向节的转向角，万向联轴器串联轴系的传动过程是可逆的，即前一个万向节引起的不平稳性可以用后面的一个或几个万向节来平衡。在串联轴系的设计过程中不仅要保证整个轴系输入输出轴的同步，而且要尽量做到中间轴的平稳传动，避免中间轴引起轴系的振动和破坏，也就是在安装过程中合理设计每个万向节的输入输出转向角αｋ（ｋ－１）。
编制程序分析串联轴系运动特性图２ 万向节转角示意图Ｆｉｇ．２ Ｓｋｅｔｃｈｄｉａｇｒａｍｏｆｔｕｒｎｉｎｇａｎｇｌｅｓｏｆｕｎｉｖｅｒｓａｌｊｏｉｎｔｓ利用Ｍａｔｌａｂ强大的矩阵处理能力、方便直观的绘图功能，对上面推导的理论公式编制程序，计算任意个十字轴万向节串联轴系的传动特性，程序输入变量：万向节个数、每个万向节实现的转角、输入轴的转速、转矩。图２为某实船轴系安装中万向节转角的示意图。正常工作下轴系的输入转速为７５０ｒ／ｍｉｎ（４５００°／ｓ），输入转矩为１５９１７Ｎ·ｍ。用编制的程序计算４种不同安装角时轴系的传动特性，分别是：① α１＝４°、α２＝６°、α３＝－６°、α４＝－４°；② α１＝６°、α２＝４°、α３＝－４°、α４＝－６°；③ α１＝４°、α２＝－４°、α３＝６°、α４＝－６°；④ α１＝６°、α２＝－６°、α３＝４°、α４＝－４°。为了表示一个万向节输入输出轴的方位关系，假设顺时针转角为正，反之为负，４种情况的输入输出平行，都实现了输入输出轴同步传动，利用程序分析每个中间轴的动力特性。程序运行后获得４种安装角的输出，结果如图３～图５所示。分别显示了各轴的输出转角与输入转角、输出角加速度与输入转角、输出转矩与输入转矩的关系，显示了各轴的输出转角与输入转角、输出角加速度与输入转角、输出转矩与输入转矩的关系。
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轴承的失效分类知识介绍
2023-08-30
1.接触疲劳失效
接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2.磨损失效
磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损形式通常可分为常见的磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损系指进口轴承轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部。粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。这种粘着——撕裂——粘着的循环过程构成了粘着磨损，一般而言，轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。
3.断裂失效
进口轴承轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。应当指出，轴承在制造过程中，对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在，今后仍必须加强控制。但一般来说，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4.游隙变化失效
进口轴承轴承在工作中，由于外界或内在因素的影响，使原有配合间隙改变，精度降低，乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大，安装不到位，温升引起的膨胀量、瞬时过载等，内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。
1.接触疲劳失效
接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2.磨损失效
磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损形式通常可分为常见的磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损系指进口轴承轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部。粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。这种粘着——撕裂——粘着的循环过程构成了粘着磨损，一般而言，轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。
3.断裂失效
进口轴承轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。应当指出，轴承在制造过程中，对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在，今后仍必须加强控制。但一般来说，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4.游隙变化失效
进口轴承轴承在工作中，由于外界或内在因素的影响，使原有配合间隙改变，精度降低，乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大，安装不到位，温升引起的膨胀量、瞬时过载等，内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。
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