連鑄工段專用新型球籠等速萬向聯(lián)軸器

劉明云，馮衛(wèi)國，望襄宜

(襄陽宇清傳動(dòng)科技有限公司，湖北 襄陽 441058)

0 前言

在金屬冶煉過程中，從轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出來的鋼水經(jīng)過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規(guī)格的鋼坯。而連鑄工段就是將精煉后的鋼水連續(xù)鑄造成鋼坯的生產(chǎn)工序。將裝有精煉好鋼水的鋼包運(yùn)至回轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再將鋼水分配到各個(gè)結(jié)晶器中，結(jié)晶器使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。在拉矯機(jī)與結(jié)晶振動(dòng)裝置共同作用下，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的板坯［1］。從結(jié)晶器拉出的鋼坯由上下支承導(dǎo)輥傳送，支承導(dǎo)輥由電機(jī)、減速機(jī)和聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)。在傳統(tǒng)裝置中，驅(qū)動(dòng)支承導(dǎo)輥的聯(lián)軸器多采用十字軸結(jié)構(gòu)，由于現(xiàn)場使用環(huán)境惡劣，從結(jié)晶器拉出的鋼坯溫度較高，加上冷卻水的汽化，聯(lián)軸器長期在這種高溫輻射及高溫水汽的環(huán)境下工作，經(jīng)常出現(xiàn)十字軸軸承銹蝕、十字叉斷裂等過早失效需要頻繁更換的問題。為了改變這種狀況，需要改進(jìn)或采用新結(jié)構(gòu)聯(lián)軸器，以滿足上下支承導(dǎo)輥傳送鋼坯件的需要，滿足企業(yè)正常生產(chǎn)。

1 傳統(tǒng)的球籠萬向聯(lián)軸器

球籠等速萬向聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用于冶金、運(yùn)輸、石油開采等行業(yè)，球籠等速萬向聯(lián)軸器按溝形分為固定式球籠和滑移式球籠。

如圖1 所示，固定式球籠萬向聯(lián)軸器由外套、內(nèi)套、鋼球及保持架組成。內(nèi)套和外套之間只有角位移而無線位移，內(nèi)套和外套的溝道為弧形，內(nèi)套弧形溝道中心A 與外套弧形溝道中心B相對于本體中心(保持架窗孔中心)O 在內(nèi)套和外套上做等距離軸向左右偏置(AO=OB)。萬向節(jié)頭由外套內(nèi)徑球面和保持架外徑球面及保持架內(nèi)徑球面和內(nèi)套外徑球面相互引導(dǎo)，以這些球面中心O為中心形成活動(dòng)角，鋼球被具有偏離O點(diǎn)的以A、B為中心的內(nèi)、外套的溝道引導(dǎo)，移動(dòng)至所定的位置。

圖1 固定式球籠本體Fig.1 Fixed ball-cage CV joint

滑移式球籠萬向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與固定式球籠萬向聯(lián)軸器相似。如圖2 所示，滑移式球籠萬向聯(lián)軸器由外套、內(nèi)套、鋼球及保持架組成。內(nèi)套與外套之間不僅有角位移還有線位移，內(nèi)套和外套的溝道與軸線平行，保持架的內(nèi)球面中心A 與保持架的外球面中心B 相對于本體中心(保持架窗孔中心)O 在保持架上做等距離軸向左右偏置(AO=OB)。萬向節(jié)頭由外套內(nèi)圓柱面和保持架外徑球面及保持架內(nèi)徑球面和內(nèi)套外徑球面間相互引導(dǎo)，以本體中心O為中心形成活動(dòng)角，鋼球被與軸線平行的內(nèi)套、外套的溝道引導(dǎo)，移動(dòng)至所定的位置。

圖2 滑移式球籠本體Fig.2 Sliding type ball-cage CV joint

連鑄工段用聯(lián)軸器具有高溫、噴水冷卻、傳遞扭矩大，偏轉(zhuǎn)角度大，使用環(huán)境惡劣等不利因素。固定式球籠能滿足其角度要求但是扭矩不足;滑移式球籠能滿足其扭矩要求但其角度不能達(dá)到大角度的要求。為此，襄陽宇清傳動(dòng)科技有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)出一種新型的球籠萬向聯(lián)軸器。該球籠萬向聯(lián)軸器不但要求具有傳動(dòng)平穩(wěn)、傳遞扭矩大、偏轉(zhuǎn)角度大，而且還要求具有耐高溫、防水、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)。

2 新型球籠萬向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)

如圖3 所示，該球籠萬向聯(lián)軸器由外套、球面座1、保持架、鋼球、球面壓蓋、油杯、球面座2、球面滑座、O 形密封圈、彈簧、彈簧墊圈、螺母、螺栓、蓋板、端面鍵、螺釘、法蘭、內(nèi)套軸、內(nèi)六角沉頭螺釘?shù)冉M成;內(nèi)套軸外球面上設(shè)有與滑移式球籠萬向聯(lián)軸器的溝形相同的若干條直溝道，并與外套內(nèi)圓柱面上設(shè)置的相同數(shù)量縱向直溝道相對應(yīng)，裝入保持架的鋼球位于外套與內(nèi)套軸相對應(yīng)的溝道內(nèi)，扭矩通過外套、鋼球、內(nèi)套軸傳遞;法蘭一端通過外套的臺(tái)階內(nèi)孔將球面座1 壓緊定位并與外套一端焊接在一起;球面座2 與球面壓蓋配合安裝在一起并由壓縮彈簧軸向壓緊，球面滑座套裝在內(nèi)套軸上，球面滑座的內(nèi)孔上設(shè)置O 形密封圈與內(nèi)套軸密封，O 形密封圈由耐高溫的氟橡膠材料制成;球面滑座由套裝在內(nèi)套軸上的彈簧軸向定位與球面壓蓋貼合;球面滑座和其上的O 形密封圈一起對球籠起到密封作用;用螺栓將球面壓蓋安裝固定在外套的另一端面上，外套另一端的外圓與球面壓蓋內(nèi)圓之間設(shè)有O 形密封圈密封;螺釘將蓋板安裝固定在法蘭一端的蓋板座內(nèi);內(nèi)六角沉頭螺釘將嵌裝在法蘭一端凹槽內(nèi)的鍵與法蘭緊固在一起;法蘭一端圓盤上設(shè)的均布孔內(nèi)裝有聯(lián)接件螺栓、墊圈和螺母。球籠的保持架與球面座1、球面座2為間隙配合，保持架與內(nèi)套軸為間隙配合聯(lián)軸器的潤滑由球面壓蓋上的油杯注入潤滑脂完成。

在球籠本體中，保持架的內(nèi)球面中心A 與保持架的外球面中心B 相對于本體中心(保持架窗孔中心)O 在保持架上做等距離軸向左右偏置(AO=OB)，由此保證球籠輸入和輸出的等速性;內(nèi)套軸、球面滑座回轉(zhuǎn)中心與保持架對稱中心一致，球面座回轉(zhuǎn)中心與保持架外球面回轉(zhuǎn)中心一致，由此保證球籠的定心效果。

該球籠溝道型式與滑移式球籠萬向聯(lián)軸器相同，傳遞扭矩較大;其旋轉(zhuǎn)由球面座1、球面座2 限制保持架外球面實(shí)現(xiàn)定心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓蓋限位偏轉(zhuǎn)角度可以達(dá)到18°。

圖3 連鑄工段球籠本體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram for ball-cage CV joint in continuous casting section

3 結(jié)束語

該連鑄工段用球籠萬向聯(lián)軸器兼具固定式和滑移式球籠的特點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)角度大、傳遞扭矩大、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，并針對使用環(huán)境設(shè)置了耐高溫的金屬密封。該產(chǎn)品在國內(nèi)某大型鋼廠已得到大批量廣泛的應(yīng)用，大大延長了傳動(dòng)軸的使用壽命，滿足了生產(chǎn)的需要，企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著的提高。

［1］楊拉道，謝東鋼.常規(guī)板坯連鑄技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2002.

［2］《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會(huì).重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)(第三卷)［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［3］［德］F·切梅茲.萬向節(jié)和傳動(dòng)軸［M］.伍德榮譯.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.