單萬向聯軸器優化設計

    萬向聯軸器在工業生產中應用非常廣泛,這里所提到單萬向聯軸器是指醫 療器械中的一種特別套筒扳手。一般的萬向聯軸器的軸線間較大夾角為30°,但由于這個套筒扳手在使用中的軸線間夾角可能超過30°,那么在這個大的角度下,為保護傳遞足夠的轉矩,套筒扳手的內部結構參數和套筒外直徑受什么樣的影響,這正是本文要討論的問題。

優化設計的主要計算由計算機來完成,但優化設計的建模分析如下。由于這個聯軸器是由輸入單叉、輸出單叉、中間塊、大銷和小銷組成,聯軸器優化設計與每個零件息息相關,即每個零件都要進行優化設計,而且,每改變一個零件的尺寸就要改變相應的其他零件的尺寸。但是,從運動分析來看,輸入、輸出單叉會產生物理干涉;從強度計算分析上來看,小銷的剪切強度較弱,如果小銷能夠滿足強度的要求,那么,根據小銷的尺寸而定出來的其他零件的尺寸,就也能夠滿足強度方面的要求。因此,對聯軸器的優化設計就要首先對小銷進行優化設計,同時小銷也應該滿足剪切強度方面的要求;其次,由于有了確定的小銷尺寸,單叉的尺寸也就可以求出來,然后再對單叉進行零件的優化設計,這樣就可以完成整個聯軸器機構的優化設計。

對于這個抽象出來的理想的單萬向聯軸器,由于存在一個軸間角β,輸入角和輸出角之間存在一個滯后值Z,而這個滯后值深刻地影響單叉的幾何參數α,φ,中間塊上的大銷和小銷的直徑,同時也進而影響單叉的外圓直徑,于是也影響單萬向聯軸器的強度。事實上這個滯后值就是要保護輸入和輸出單叉間的可預留的空間,只要這個空間存在,萬向聯軸器就可以正常運轉。另外,如果應用兩個單萬向聯軸器,且軸間角β相一致,當工作在一個平面上的時候,就可以相抵消4個單叉間的滯后值。