EQ140 十字轴断裂分析+万向联轴器的有限元分析

万向节十字轴总成失效分析和设计改进作者：万向钱潮股份有限公司高天安万向节（见图1）的主要作用是在不同轴线上的轴之间传递旋转转矩，它被广泛应用于各类卡车的传动轴联接轴节叉之间，通常在使用过程中万向节十字轴上的滚针轴承不是作旋转运动，而是作旋转摆动的运动，其载荷呈交变的周期变化。

本文通过对重型载车用WX0082万向节十字轴总成寿命不足失效件的失效形式、失效原因、结构参数及材料等方面采用有限元分析和性能对比等方法进行全面分析，对产品的综合性能进行了设计改进。

失效机理分析1.斜压印笔者从某公司三包服务处提供的三包退回失效件中观察到，十字轴轴颈斜压印情况比较严重，轴承套圈内壁也产生相应的压印，但深度要比十字轴轻。

经分析，安装在万向节总成上的轴承，当轴承圆周总间隙较大时，滚针易产生歪斜，致使十字轴轴颈产生与轴线倾斜一定角度的压印，当压印深度扩展较深时，滚针就不能自转，因此使摩擦阻力增大，加剧压痕的延伸。

其合适的圆周总间隙应控制在0.1～0.4mm范围内，JB/T3232中给定的圆周总间隙为不超过0.5mm。

2.疲劳剥落在传动轴摆角较小的使用状态下，万向节总成上的滚针轴承内径与十字轴轴颈在较小角度范围内反复摆动，当十字轴与轴承径向游隙随着磨损而扩大时，会导致产品载荷集中，载荷大的地方就会过早地产生疲劳压痕，从而发展成为大面积的疲劳剥落。

特别是在十字轴轴头处，由于应力集中影响，其受载部位的倒角几乎全部被啃掉，严重时会在高温状态下出现烧结现象。

3.缺油烧蚀由于在使用过程中用户不按期加注润滑油或由于万向节上的轴承密封不好，导致轴承早期失油以及防尘罩材料不耐低温，油封唇口在冬季寒冷气候下产生老化裂纹，使润滑脂早期流失。

另外，万向节总成在运行中因缺油而产生高温，使轴承与轴径咬死，致使滚针折断以及密封和防尘外罩损坏，套圈表面有烧蚀痕迹，这种失效形式均属于非正常失效形式。

4.滚针失效笔者从万向节总成失效样品中观察发现，大多数滚针表面都存在麻点、麻坑和大面积疲劳剥落，少数滚针头部被折断，少数滚针在离滚针头部1.5mm左右处存在较大麻坑和啃伤现象，滚针断裂大部分也是从此处断裂，这种情况的发生主要与轴承结构尺寸参数及圆周总间隙设计有关。

万向轴事件原因分析及建议【摘要】本文主要探讨了万向轴事件的原因分析及建议。

在万向轴事件的概述中，介绍了事件的背景和重要性。

然后通过对万向轴事件的原因分析，发现加强定期检查和维护、完善万向轴设计和制造过程、提高员工操作技能和安全意识是造成事件的主要原因。

针对这些原因，提出了三点建议：加强定期检查和维护、完善万向轴设计和制造过程、提高员工操作技能和安全意识。

这些建议将有助于预防和减少万向轴事件的发生，提高工作效率和安全性。

在结论部分总结了本文的观点和建议，强调了预防措施的重要性，并呼吁相关部门和企业重视万向轴事件，采取有效措施保障生产和工作安全。

通过本文的分析和建议，有助于提升对万向轴事件的认识，并提供实用的解决方案。

【关键词】万向轴事件、原因分析、建议、定期检查、维护、设计、制造、操作技能、安全意识、结论1. 引言1.1 万向轴事件原因分析及建议万向轴是机械传动系统中的关键零部件，承担着传递动力和转动的重要功能。

近年来发生了一些万向轴事件，给工业生产和运输业带来了一定的影响。

本文旨在对万向轴事件的概述、原因分析和建议进行深入探讨，以期为相关行业提供借鉴和改进方向。

万向轴事件的发生主要涉及到万向轴的设计、制造、安装和维护等方面。

通过对近年来发生的一些案例进行分析，可以发现其中存在一些共性的问题，如设计缺陷、材料质量问题、维护不到位等。

这些问题都可能导致万向轴的故障或失效，进而造成事故和损失。

针对以上问题，本文提出了三点建议。

加强定期检查和维护，及时排除万向轴潜在问题，确保其正常运转。

完善万向轴的设计和制造过程，提高其质量和性能，减少故障发生的可能性。

提高员工的操作技能和安全意识，加强培训和教育，降低人为因素对万向轴事件的影响。

通过以上分析和建议，相信可以有效减少万向轴事件的发生率，提升相关行业的安全生产水平。

希望相关企业和机构能够引以为戒，重视万向轴的质量和安全性，为社会稳定和经济发展做出积极贡献。

十字轴万向节建模及有限元分析
建模主要涉及以下几个步骤：
1. 创建十字轴万向节的几何模型。

使用CAD软件，如SolidWorks或CATIA，绘制十字轴万向节的细节，包括其轴、连接杆、球头等部分。

2.导入几何模型。

将绘制的CAD模型导入有限元分析软件，如ANSYS
或ABAQUS。

确保准确导入，并调整模型的比例和尺寸。

3.设置材料属性。

为十字轴万向节的各部分分配适当的材料属性，如
弹性模量、泊松比和密度。

这些属性可以从材料手册或实验数据中获取。

4.设定加载条件。

根据实际工作条件，为模型设置加载条件，例如施
加在轴上的转矩或扭矩。

5.网格划分。

将几何模型进行网格划分。

网格划分决定了模型的节点
和单元数量，将直接影响分析的准确性和计算效率。

6.运行有限元分析。

使用有限元分析软件运行模型，计算出十字轴万
向节在加载条件下的应力、应变和变形等。

7.分析分析结果。

根据分析结果，评估十字轴万向节的性能和可靠性。

检查是否存在应力过高或变形过大的情况，并决定是否需要进一步改进设计。

需要注意的是，建模和有限元分析是一种模拟和预测方法，其准确性
取决于几个因素，如几何模型的精度、材料属性的准确性和加载条件的真
实性。

因此，在建模和分析过程中应谨慎选择合适的参数，并在可能的情
况下与实际测试结果进行验证。

十字轴万向联轴器的结构改进董俊华（辽东学院．辽宁丹东１１８００３）摘要：根据国内外十字轴万向联轴器的生产、使用和维修等方面的情况，在分析了十字轴万向联轴器的主要失效形式的基础上，提出了其结构改进的方法。

该方法对延长十字轴万向联轴嚣的使用寿命和结构改进具有一定指导意叉和参考价值。

关键词：十字轴；联轴器；结构改进中圈分类号：ＴＨ１３９文献标志码：Ａ十字轴万向联轴器又称万向节，适用于连接轴线有一定偏斜、且其相对位置经常变化的两相交轴，以传递运动和转矩。

这种联轴器具有传递功率大、结构紧凑等优点，在汽车、拖拉机和轧钢机等传动装置中获得广泛应用，属于机械基础通用部件。

由于十字轴万向联轴器是一种空间球面四杆机构，主动轴与从动轴间可在任意方向偏斜ｎ角，通常可达３５。

～４５。

在其工作过程中，当主动轴转动１周，从动轴亦相应转动１周，但两轴的瞬时传动比在不断变化，伴随有振动、冲击等附加动载荷，再加上润滑条件不够理想。

这些都会引起十字轴万向联轴器活动连接零件问的磨损加剧，使工作状况进一步恶化。

因此，十字轴万向联轴器是易损部件，经常成为传动装置中的薄弱环节。

作者在分析了十字轴万向联轴器的主要失效形式的基础上，提出了结构改进的方法．以期能延长使用寿命。

提高传动效率和改善工作条件。

１十字轴万向联轴器的主要失效形式［１］作为产品生产的十字轴万向联轴器，若材质、加工和装配工艺符合技术要求，在正常使用条件下，一般很少发生十字轴、节叉等断裂现象。

它的失效形式主要有以下几种。

１）滚针轴承磨损无论是滚针、十字轴轴颈和轴承碗内表面的磨损，都会使轴承间隙增加而产生松晃，至使滚动体之间相互撞击，这不仅会加剧磨损，且产生较大噪声。

２）十字轴（或轴承碗）凹痕凹痕的特征如下：ａ．凹痕与十字轴轴颈母线倾斜一定角度，约为２。

～１０。

；ｂ．较深的凹痕分布在十字轴轴颈的受力侧面；ｃ．同一凹痕的深浅程度也不一样，在靠近十字轴端部的凹痕较深。

３）点蚀和剥落无论点蚀和剥落都会增加零件表面粗糙度值，使摩擦阻力上升，还会在摩擦副中混杂金属碎屑，破坏轴承正常工作。

河南质量工程职业学院毕业设计毕业设计（论文）题目：十字轴式万向联轴器的分析和改进河南质量工程职业学院毕业设计（论文）任务书摘要我毕业设计的零件为十字轴式万向联轴器。

联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。

万向联轴器用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方，它有多种结构型式，例如：十字轴式、球笼式、球叉式、凸块式、球销式、球铰式、球铰柱塞式、三销式等。

其中，十字轴式万向联轴器是应用量较大的万向联轴器。

十字轴式万向联轴器是一类容许两轴间具有较大的角位移的联轴器，适用于有较大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35°～45°，而且在运转过程可以随时改变两轴的轴间角，其最大特点是：具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。

但在生产和应用的过程中，十字轴式万向联轴器存在着一系列的的问题，如轴承座螺栓断裂、十字轴断裂等。

此次设计的目的是为了对这些问题进行深入的分析，并进行合理的改进，以避免其再次出现。

关键词：联轴器，十字轴，传动效率，常规失效形式，改进方法AbstractI graduated designed components for the cross shaft universal coupling. Common areas of mechanical coupling components used to connect two different agencies in the shaft (driving shaftand driven shaft) to make it to transfer torque common rotating mechanical parts. Most of the general power machine with the help of coupling links the machine work; mechanical products most commonly used drive shaft connection parts.Universal coupling for the two-axis deflection angle or greater have a greater angular displacement of the work place,it has a variety of structural types, such as: cross-axis, ball cage, ball fork, bump-type, -ball type, ball and socket type, plunger type ball joints, three pin type and so on.Among them, the cross-axis is the application of universal couplinguniversal coupling a large amount.Cross-axis is a type of universal coupling between the two axes to allow a larger angular displacement of the coupling for a larger angular displacement of the connection between the two axes, the general two-axis angle between the axis up to35 ° ~ 45 °,but also in the running process can be changed at any time between the two axes of the shaft angle, and its most important feature:a large angle to compensate for capacity,compact, high transmission efficiency.But in the process of production and application, cross shaft universal coupling there is a series of problems, such as bearing bolt fracture, cross shaft fracture.The design goal is to these issues in-depth analysis, and makes a reasonable improvement, in order to avoid its recurrence.Keywords: coupling, cross shaft, drive efficiency, conventional failure modes, improved methods目录1 零件介绍 .......................................................... - 3 -1.1 零件介绍.......................................................... - 4 -2 十字轴式万向联轴器问题分析 .................................. - 5 -3 十字轴式万向联轴器的应用..................................... - 7 -4 零件的材料及尺寸精度 .......................................... - 8 - 4.1 零件的材料........................................................ - 8 -4.2 尺寸精度.......................................................... - 9 -5 联轴器的选用程序............................................... - 10 -6 万向联轴器的使用与保养....................................... - 12 -7 零件各部分运动分析............................................ - 13 - 7.1 十字轴式万向联轴器的单侧运动分析................................. - 13 - 7.2 十字轴式万向联轴器的双侧运动分析................................. - 14 - 7.3 十字轴式万向联轴器的传动效率..................................... - 17 - 7.4 十字轴式万向联轴器的受力分析..................................... - 17 -7.5 十字轴式万向联轴器的主要元件..................................... - 19 -8 对十字轴式万向联轴器问题的改进............................ - 23 - 致谢 ............................................................. - 24 - 参考文献............................................................ - 25 -1 零件介绍1.1 零件介绍工件名称：十字轴式万向联轴器工件简图：如图1.1所示1、3——半联轴器 2——叉形接头 4——十字轴 5——销钉 6——套筒 7——圆柱销图1.1 十字轴式万向联轴器2 十字轴式万向联轴器问题分析联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。

Vol. 33 No. 1Jan,2020第33卷第1期2020-01聚酯工业PoyyesteeIndusteydoo ：10,3969 aio s n,1008-8261,2020,01,018十字轴万向联轴器的失效分析和改进张胜国（荣盛石化股份有限公司，浙江杭州311247）摘要:熔体齿轮泵用万向联轴器使用寿命仅为1年,通过原因分析，找出关键因素,实施一系列改进措施，万向联轴器实现连续、稳定、可靠运行4年。

关键词：十 '万 '叉头;轴承;材质中图分类号:TQ324.41文献标识码：B文章编号:1008-8261 （2020）01-0062-030 刖F熔体齿轮泵是终聚反应釜的出料泵，是聚酯装置关键设备之一，采用电机+减速机+万向联驱动。

万是联接减速机与齿轮泵的 部件，一旦发生故障将导致聚酯装置 游纺丝装置全部停机，造成巨大 。

随着设备维护技术的发展，装置的检修周期延长为4年 ，因此，对万的可靠性相 。

齿轮用装拆方便、维护周期长或不用维护、 不用移动、对中整 的万。

1十字轴式万向联轴器熔体齿轮泵多采用SWC 型十字轴式万向联轴。

十万向联轴器是一种最常用的联轴器。

能使不在同角较大动较大的 角速连续 ，并可靠运动。

SWC 型十万的 特点为:（1）具有较大的角；（2）结构紧 理,SWC 型采用整体式叉头，使运 具可靠性；（3）承载能力大，与 直径相同的型式的 相较， 的大；"4）传动，其传动效率达98% ~99.8%；（5）运载平稳，噪声低，使用寿命长,维修保养方便。

十万向联轴器结构简单，主要由法兰叉头、叉头、十、滚针、花键传动轴橡胶密封 组成，结构意图见图1。

1 •法兰叉头2十字轴;3.焊接叉头;4.花键传动轴'5.法兰叉头;6.十字轴;7.焊接叉头 图1十字轴式万向联轴器结构示意图Fig. 1 Cross shaft universal coupling strectere diagram2故障现象熔体齿轮泵装配SWC 型整体叉头十字轴式万向联轴器,万向联轴器的型号为SWC390BHx1500,转速&30 r/min 。

十字轴三维建模1.建立直径57高87的圆柱1）单击圆柱命令，指定矢量（+Z），和起始点（0，-43.5,0）2）输出直径57，高度872. 在已有圆柱体的上下端面，建立直径51,高9圆柱体3.在上述阶梯轴的上下端面，建立直径45高30的圆柱体，得到如下模型4.插入-关联复制-实例特征-圆形阵列，选择所有已经建成的特征，确定，按图示设定阵列参数,确定，选择‘点和轴’，选择X轴，确定，得到如下模型5.倒斜角，4x46.倒圆角R25选择交叉的4条边，输出如图参数7.单击“孔命令，选择任意两个不平行端面圆的圆心，按图示设定参数后，确定8.对每个孔倒斜角，1x1，得到最后的十字轴模型万向节叉三维建模1.建立地面圆柱体直径165高20指定点为坐标原点，指定矢量为+Z2.拉伸耳环主体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的YZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数后，单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图3.切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图4. 切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图5.切除棱角1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的耳环端面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘无’），单击‘确定’，完成棱角主体的拉伸，如图3）镜像棱角插入-关联复制-镜像特征，选择建立的棱角特征，选择镜像平面为YZ平面，单击确定，如图4）布尔差，在耳环主体上切除两个棱角单击‘求差’命令，目标体为耳环主体，到具体为两个棱角体，单击确定6.建立法兰孔1）单击‘孔’命令，‘位置’-单击‘绘制截面’进入草绘环境，按二位图纸绘制八个孔的中心位置，在中心位置放置一个点，完成草绘。

万向联轴器的有限元分析the Finite Element Analysis of the Universal Coupling2013年7月摘要本文以一种应用于风力发电机上的联轴器——十字轴式万向联轴器为研究对象，以大型CAE软件——ANSYS为工具，研究分析了此种联轴器在动力学、静力学等方面的内容。

在静力学分析中，利用ANSYS软件的高级建模功能建立该联轴器的三维模型，施加适当的边界条件，采用Solid185单元离散联轴器的结构，建立了联轴器的有限元仿真分析的实体模型。

根据联轴器在危险工况下的受载情况对其进行了静强度分析。

最后求解获得其应力应变分布情况，同时对其进行了强度校核，结果证明十字轴式万向联轴器的设计是符合强度要求的。

关键词：联轴器；有限元；ANSYS目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1联轴器性能与功用 (1)1.2 联轴器分类 (1)1.3 万向联轴器的研究现状 (2)1.4本课题的研究意义 (4)第2章十字轴联轴器传动特性 (6)2.1 十字轴式万向联轴器 (6)2.1.1 十字轴式万向联轴器概述 (6)2.1.2 十字轴传动的优点 (6)2.1.3 十字轴万向联轴器结构特点 (7)2.2 课题研究对象 (8)2.2.1 问题的提出与研究方向 (8)2.2.2 CENTA—FH 型联轴器 (8)第3章联轴器有限元分析 (9)3.1 有限元模型的建立 (9)3.2 加载与计算 (11)3.3后处理 (13)第4章凸缘叉有限元分析 (18)4.1 有限元模型的建立 (18)4.2 加载与计算 (19)4.3后处理 (20)第5章结论 (26)参考文献 (27)第1章绪论1.1联轴器性能与功用联轴器是机械传动中的一种常用轴系部件，它的基本功用是联接两轴（有时也联接轴和其他回转零件），并传递运动和扭矩【1】。

联轴器是机械产品轴系传动中最常用的一种联接部件，应用范围涉及国民经济的各个领域，是品种多，量大面广的通用基础部件之一。

万向联轴器断裂原因分析及改进措施摘要：针对公司冶金铸造桥式起重机（200/75t）大车运行机构万向联轴器断裂的问题，对断裂、裂纹的万向联轴器进行了整理分析，并从原始选用参数、实际载荷特性、转矩等做了计算与选型，提出了相应的改进方案，使万向联轴器断裂故障得到了有效控制，降低了故障率。

关键词：万向联轴器断裂原因分析改进1引言公司冶金铸造桥式起重机（200/75t）共计15台，主要以调运铁水给转炉兑铁和调运钢水给精炼炉及连铸机坐钢为主；在生产过程中大车运行机构（减速机与车轮连接部件）万向联轴器断裂或裂纹故障所占比例较大，2018 -2020年最为突出，出现多起因万向联轴器出现裂纹或断裂造成的设备故障。

通过对故障数据进行统计分析，并与万向联轴器生产厂家进行了技术交流，找到了万向联轴器出现裂纹或断裂的关键原因，提出了改进方案，从而提高了万向联轴器的使用周期和使用寿命，降低了设备故障率，保证了设备运行的稳定。

2 万向联轴器的用途及特点万向联轴器是一类容许两轴间具有较大的角位移的联轴器，适用于有较大角位移的两轴之间的连接，一般两轴的轴间角最大可达35°-45°，而且在运转过程中可以随时改变两轴的轴间角，其最大特点是：具有最大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。

3 万向联轴器故障概况3.1万向联轴器故障统计通过对2018 -2020年万向联轴器使用时出现的故障进行统计分析，可以发现万向联轴器出现故障的原因有两种，一是万向轴叉头虎口处出现裂纹，占故障次数的60%；二是万向轴花键套断裂，占故障次数的40%。

3.2万向联轴器断裂处形貌特征针对万向联轴器出现故障进行检验后，我们清晰的发现一是万向轴叉头虎口圆弧处出现裂纹，此位置属于受力的薄弱位置。

二是万向轴花键套焊接处出现断裂脱落。

4万向联轴器的载荷计算与选用4.1万向联轴器的基本参数型型号数值项目（1）Tn-公称转矩（取屈服转矩的50%）；（2）Tf-疲劳转矩，即在交变负荷作用下按疲劳强度确定的需用转矩。