浮動(dòng)萬(wàn)向軸的設(shè)計(jì)

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 孫曉雪

1 浮動(dòng)萬(wàn)向軸的設(shè)計(jì)應(yīng)用前景及特點(diǎn)

采用萬(wàn)向聯(lián)軸器與彈簧結(jié)合可提高工作效率，用途非常廣泛，主要可將其用于電器設(shè)備（電風(fēng)扇、監(jiān)控?cái)z像頭、電刷、小型磨光機(jī)等）清潔工具（掃帚、拖布等）只要是產(chǎn)品在工作時(shí)遇到無(wú)法處理的死角問題都可以在產(chǎn)品上加上此設(shè)計(jì)裝置。此裝置用途廣泛，針對(duì)性強(qiáng)，在許多場(chǎng)景下都可以使用。而當(dāng)下時(shí)代萬(wàn)向浮動(dòng)裝置非常少，采用萬(wàn)向浮動(dòng)可以盡可能地減少機(jī)器的工作時(shí)間，提高工作效率?，F(xiàn)有浮動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是彈簧、滾珠以及彈簧和滾珠結(jié)合。滾珠的弊端是浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的整體穩(wěn)定性較低，浮動(dòng)程度不易控制。彈簧在外力的作用下發(fā)生彈性形變，外力撤回，恢復(fù)原位[1]，在機(jī)構(gòu)中彈簧由于形變不易控制，外力大小無(wú)法確定，導(dǎo)致彈簧在浮動(dòng)機(jī)構(gòu)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確控制。而本設(shè)計(jì)在浮動(dòng)的基礎(chǔ)上還有萬(wàn)向功能，能夠在更多的場(chǎng)景發(fā)揮其作用，對(duì)于未來(lái)的節(jié)能起到很大的作用，將萬(wàn)向聯(lián)軸器與彈簧結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)向浮動(dòng)，具有浮動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

現(xiàn)有浮動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是彈簧、滾珠或彈簧和滾珠結(jié)合。滾珠的弊端是浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的整體穩(wěn)定性較低，浮動(dòng)程度不易控制。彈簧在外力的作用下發(fā)生彈性形變，外力撤回恢復(fù)原位[2]，在機(jī)構(gòu)中彈簧由于形變不易控制，外力大小無(wú)法確定，無(wú)法根據(jù)操作者施加力的大小，達(dá)到極優(yōu)的浮動(dòng)。在設(shè)計(jì)浮動(dòng)萬(wàn)向軸時(shí)，首先要進(jìn)行彈簧的初步計(jì)算及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件彈簧的選擇，根據(jù)軸的大小選擇合適的萬(wàn)向節(jié)，對(duì)萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)萬(wàn)向節(jié)上下左右移動(dòng)的距離稍作優(yōu)化，將其擺動(dòng)的幅度增大，最后將萬(wàn)向節(jié)與合適的彈簧相結(jié)合構(gòu)成萬(wàn)向浮動(dòng)軸。

2 浮動(dòng)萬(wàn)向軸在作用點(diǎn)和連接桿間的作用

萬(wàn)向浮動(dòng)軸一端連接作用部分一端連接支撐桿部分，在產(chǎn)品中起到一個(gè)可以浮動(dòng)和方向轉(zhuǎn)動(dòng)作用，在作用部位工作時(shí)起到上下左右浮動(dòng)的作用，左右浮動(dòng)的程度小，上下浮動(dòng)程度大，操作者在給產(chǎn)品施加力度時(shí)，產(chǎn)品在萬(wàn)向浮動(dòng)軸的作用下，根據(jù)操作者力的大小，接觸面凹凸程度的不同，產(chǎn)品可以很好的與墻面接觸，提高接觸程度，隨時(shí)進(jìn)行方位調(diào)整，提高清理工具的潔凈程度，更快、更好地完成工作量。

3 彈簧的選擇

彈簧材料選擇必須充分考慮到彈簧的用途、彈簧減震性、彈簧方位使用程度與所受的載荷性質(zhì)、大小、循環(huán)特性、工作溫度、周圍介質(zhì)等使用條件，以及加工、熱處理?xiàng)l件和經(jīng)濟(jì)性等因素[3]，以便使選擇結(jié)果與實(shí)際要求相吻合。鋼絲是最常用的彈簧材料。當(dāng)受力較小而又要求防腐蝕、防磁等特性時(shí)，彈簧主要是靠彈力來(lái)工作的機(jī)械零件，主要原理是材料在受力的條件下，發(fā)生彈性形變，撤回外力，材料恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。每件材料所含成分的不同，強(qiáng)度及塑性的不同，在彈性形變時(shí)，形變的程度也會(huì)不同。拉伸彈簧是受外力的條件下，使之拉長(zhǎng)，外力撤回，恢復(fù)到原狀態(tài)。此設(shè)計(jì)考慮到小型剛性十字萬(wàn)向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)因素，采用拉伸彈簧，如采用壓縮彈簧，該設(shè)計(jì)浮動(dòng)穩(wěn)定性降低。WXD小型十字萬(wàn)向聯(lián)軸器側(cè)面采用18～22厘米的彈簧，萬(wàn)向節(jié)成90度時(shí)在一端的下部與另一端上部采用12～15厘米的彈簧，彈簧主要以剛性材料為主，剛性彈簧彈力大，彈簧屈服極限強(qiáng)。此設(shè)計(jì)要采用彈簧延伸率較高的彈簧，故選用線材剛性模數(shù)非常高的琴鋼絲，兩端不磨平的帶鉤拉伸彈簧。

4 聯(lián)軸器的選擇

主要考慮所需傳遞軸轉(zhuǎn)速的高低、載荷的大小、被聯(lián)接兩部件的安裝精度、回轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等[9]。適用于聯(lián)接空間同一平面上兩軸線夾角小于等于45度的傳動(dòng)場(chǎng)合傳遞公稱轉(zhuǎn)矩。此設(shè)計(jì)主要運(yùn)用于輕便型產(chǎn)品，故只能采用塑料或合成材料，以此來(lái)降低產(chǎn)品的總重量，使其輕便，降低產(chǎn)品使用時(shí)的笨重感。

5 萬(wàn)向節(jié)與彈簧的結(jié)合及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

萬(wàn)向節(jié)兩端成90度時(shí)，在兩端最近的地方加一彈簧使之連接，使兩頭上下浮動(dòng)的力度得到控制，在萬(wàn)向節(jié)側(cè)面也加上彈簧，使之左右浮動(dòng)力度得到控制，由于萬(wàn)向節(jié)的上下浮動(dòng)力度大，不可能光靠一個(gè)彈簧來(lái)把握其浮動(dòng)力度，故在萬(wàn)向節(jié)成90度時(shí)，在其旋轉(zhuǎn)的的背部及拱部加上鍵，使之上下浮動(dòng)度控制在0度到110度。

萬(wàn)向節(jié)兩端采用軸套設(shè)計(jì)加上兩端長(zhǎng)為40mm的桿使之成為軸，在萬(wàn)向節(jié)上下浮動(dòng)時(shí)，其上下兩端都打孔，采用帶鉤的拉伸彈簧，連接在萬(wàn)向節(jié)連接處另一端的端部，在萬(wàn)向節(jié)呈90度連接時(shí)使其兩端與彈簧連接構(gòu)成等腰三角形狀態(tài)，三角形具有穩(wěn)定性，這樣可使彈簧在使用者施加力的同時(shí)，得到一個(gè)左右浮動(dòng)的穩(wěn)定性。另一方面在萬(wàn)向節(jié)呈90度時(shí)在萬(wàn)向節(jié)夾角面上各設(shè)置一個(gè)螺栓，用壓縮彈簧將兩端連接，使其旋轉(zhuǎn)的力度得到控制，左右上下浮動(dòng)的力度都可以得到彈簧的限制[4]。

萬(wàn)向浮動(dòng)軸的設(shè)計(jì)使軸有一定的支撐能力，使軸的連接處達(dá)到浮動(dòng)，方向可以旋轉(zhuǎn)。在日新月異的當(dāng)天，科技發(fā)達(dá)，產(chǎn)品多元化，廣泛應(yīng)用萬(wàn)向浮動(dòng)軸，能夠更好地節(jié)省人力，此萬(wàn)向浮動(dòng)軸的浮動(dòng)力度可以很好地得到控制。制作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理簡(jiǎn)單。

[1]孫桓,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理[M].高等教育出版社,2016.05.

[2]盧彩云,李洪文.小麥免耕播種機(jī)浮動(dòng)支撐式防堵裝置[J].2013.12.

[3]龐興華.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社,2010.10.

[4]劉鴻文.材料力學(xué)[M].高等教育出版社,2013.10.