長伸縮滾珠萬向軸的應(yīng)用

摘 要：本文分析了棒/線材生產(chǎn)線主軋機(jī)列所采用的長伸型滾珠式聯(lián)軸器相對長伸型鼓形齒式聯(lián)軸器的比較優(yōu)勢，以及新產(chǎn)品徑向圓周微調(diào)大折角長伸縮滾珠萬向軸的技術(shù)特點(diǎn)。通過實(shí)際的使用案例，證明了產(chǎn)品的有效性，從而為軋機(jī)的主傳動系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：滾珠萬向軸 軋制精品螺紋鋼

中圖分類號：TN2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0091-02

螺紋鋼是熱軋帶肋鋼筋的俗稱，是房屋、道路、橋梁等土建工程的重要材料。近年來國內(nèi)建筑工業(yè)高速發(fā)展，對技術(shù)水平的要求也在不斷提高，國內(nèi)市場的內(nèi)在需求就是要求鋼鐵行業(yè)提供更多更好的品種，同時(shí)還要更高質(zhì)量的螺紋棒的型材和線材。當(dāng)前，鋼鐵行業(yè)就是運(yùn)用軋制設(shè)備來進(jìn)行軋制更多高質(zhì)量的鋼材，這就意味著鋼鐵行業(yè)的高要求奠定了軋制設(shè)備的高標(biāo)準(zhǔn)和高質(zhì)量。鋼廠軋鋼機(jī)主傳動中的萬向聯(lián)軸器是必不可少的設(shè)備，但是在軋鋼主傳動設(shè)備中，由于使用工況的條件相當(dāng)惡劣，這就很容易造成零件的損壞。

GSL的制作工藝是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜的，尤其是在加工精度上是很難做出保證的，國內(nèi)的鋼件在工藝、精度、材料方面上跟國外的這些材料方面相比較是有一定的不足，同時(shí)GSL的伸縮型鼓形齒接軸產(chǎn)品的發(fā)生故障率較高，工況的使用條件也收到限制，且使用的壽命也是很短。軋制高附加值的精品螺紋鋼要求必須上、下輥螺紋達(dá)到一致，萬向聯(lián)軸器在圓周方向可以實(shí)現(xiàn)1～10 mm的微調(diào)，國內(nèi)萬向軸技術(shù)就目前來講在這方面還是空白。

我廠目前部分主軋機(jī)列采用江西某公司生產(chǎn)的滾珠萬向軸，在使用過程中相對于之前采用的GSL，QSL滾珠萬向軸可提高一倍以上的使用壽命，增加了軸線折角，負(fù)載時(shí)最高可達(dá)5°，空載時(shí)可達(dá)6°。同時(shí)可根據(jù)需求，在花鍵副上安裝刻度調(diào)角盤，便于精確調(diào)整花鍵副以求精密調(diào)整軋制輥，成功地解決了軋制精品螺紋鋼的技術(shù)難題。

1 滾珠聯(lián)軸器與鼓形齒式聯(lián)軸器的比較

齒式聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接功能主要是靠兩個(gè)齒數(shù)相同的齒輪嚙合。早期使用的是為了補(bǔ)償聯(lián)軸的相對位移這種內(nèi)外齒嚙合較普通齒輪傳動具有較大的側(cè)隙，另外為了適應(yīng)兩軸之間可以產(chǎn)生出相對角位移的情形，故而將齒頂制作成為半徑為Ra的球面。然而因?yàn)閭?cè)隙這邊受到了一定的限制，不能太大，避免發(fā)生沖擊。直齒的齒頂雖然做成了半徑為Ra的球面，但是分度圓齒面仍是直線，角位移的補(bǔ)償能力受到限制，而且在有角位移的情況下，會產(chǎn)生邊緣接觸，使之壓力分布不均，承載能力減弱。為了消除直齒齒型聯(lián)軸器的補(bǔ)償兩軸線相對偏移性能較差和承載能力小的缺點(diǎn)，鼓形齒齒式聯(lián)軸器因而出現(xiàn)了。由于鼓形齒可以避免輪齒發(fā)生邊緣接觸，改善嚙合面上的壓力分怖的均勻性，可增加許用角位移，而且現(xiàn)在已經(jīng)有了生產(chǎn)鼓形齒的專用設(shè)備，所以目前新的齒形聯(lián)軸器都是采用鼓形齒。直線齒基本已經(jīng)淘汰不在使用。2001年鼓形齒聯(lián)軸器GCLD、GICL、GICLZ、GIICL、GIICLZ等已編入JB/T8854.1-2001；JB/T8854.2-2001和JB/T8854.3-2001等國家機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，這就使這些鼓形齒聯(lián)軸器在重型機(jī)械工業(yè)中更加具有重用的優(yōu)勢地位。

隨著技術(shù)是不斷地進(jìn)步的，鼓形齒雖然比直線齒優(yōu)越，但它的許用角位移補(bǔ)償△α只有1.5°，而且專用的加工鼓形齒的設(shè)備價(jià)格昂貴，所以一直有科技人員尋求角位移補(bǔ)償量更大，加工更簡單的方法來取代齒式聯(lián)軸器。滾珠萬向聯(lián)軸器鼓形滾珠聯(lián)軸器就是在十字軸式萬向聯(lián)軸器和直齒式、鼓形齒式聯(lián)軸器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代產(chǎn)品。

鼓形齒式聯(lián)軸器是靠內(nèi)齒圈和外齒軸套上的齒輪相互嚙合來傳遞轉(zhuǎn)矩。當(dāng)齒式聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒和外齒之間會產(chǎn)生兩種運(yùn)動，一是沿齒長方向擺動，二是沿齒厚方向的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。一旦所傳遞的兩軸線發(fā)生偏移或歪斜，相嚙合的齒對相對滑動，就會磨損齒面，這也是鼓形齒式聯(lián)軸器失效的主要形式。當(dāng)鼓形齒式聯(lián)軸器在高速重載時(shí)，滑動摩擦的高壓力高速度可能產(chǎn)生過高溫，對潤滑產(chǎn)生破壞，加快齒面磨損。滾珠聯(lián)軸器的傳遞轉(zhuǎn)矩是通過主動軸帶動外齒套，外齒套帶動滾珠，滾珠再帶動內(nèi)齒套從而帶動從動軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的，主要是鋼珠在內(nèi)外齒之間的孔中來傳遞的。在這種情況下，當(dāng)所傳遞的兩軸線發(fā)生偏移或歪斜時(shí)，內(nèi)外齒之間同樣會相對運(yùn)動。但和鼓形齒式聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩發(fā)生偏移或歪斜的情況有所不同。因?yàn)闈L珠聯(lián)軸器此時(shí)的相對運(yùn)動是通過滾珠在孔槽的滾動來實(shí)現(xiàn)的，在其它條件相同的情況下，滾動摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑動摩擦力，所以滾珠聯(lián)軸器的元件磨損情況要好于鼓形齒式聯(lián)軸器。同時(shí)在補(bǔ)償沖擊方面滾珠聯(lián)軸器也優(yōu)于鼓形齒式聯(lián)軸器。

另外，滾珠聯(lián)軸器在加工和維護(hù)成本方面也有很大優(yōu)勢。滾珠聯(lián)軸器不要加工復(fù)雜的鼓形齒，只是在內(nèi)外軸套上鉆孔和用滾珠標(biāo)準(zhǔn)件，所以加工成本低、安裝維護(hù)性能好。而且滾珠作為易損件，替換方便，備件成本低廉。滾珠聯(lián)軸器經(jīng)過多家企業(yè)的多年使用，充分證明了其較齒式聯(lián)軸器的優(yōu)勢。

2 QSL長伸縮大折角滾珠萬向聯(lián)軸器

GSL是一種新型的鼓形齒式接軸。它的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

（1）傳遞扭矩大，比十字軸萬向聯(lián)軸器能夠承受更高沖擊載荷，安全性更高。

（2）可實(shí)現(xiàn)大伸縮行程，由于花鍵軸可伸入到減速機(jī)輸出軸的軸孔內(nèi)，縮短了分配箱與軋機(jī)的間距，節(jié)省了空間。

（3）動平衡精度高，所有零件均為回轉(zhuǎn)件。

（4）因鼓形齒與連接軋輥的軸套為一體，軸套無需緊固件連接，能夠縮短換輥時(shí)間，維護(hù)、檢修方便。

（5）易損件主要是鼓形齒軸套和內(nèi)齒圈，備件成本低。

雖然GSL有以上所敘述的眾多優(yōu)勢，但是，在生成過程中也顯露出一些缺陷。如果發(fā)生重載的情況，齒則比較容易折斷。若彈簧的預(yù)緊力設(shè)置不恰當(dāng)，會出現(xiàn)內(nèi)、外齒軸向竄動過大的現(xiàn)象，破壞端蓋，此時(shí)只有部分齒長受力，齒很快被破壞，聯(lián)軸器失效。GSL有負(fù)載時(shí)許用軸線折角小于或等于1.5°，空載時(shí)許用軸線折角小于或等于3°，有時(shí)不能滿足軋制的需求。（圖1）

而QSL長伸縮大折角滾珠萬向聯(lián)軸器在繼承了GSL的優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，使用鼓形滾珠來替代鼓形齒傳遞扭矩，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的性能。滾珠聯(lián)軸器的齒槽是半圓形的，與漸開線齒形相比，齒根受力狀況得以改善，齒不會輕易折斷。且通過增加輔助結(jié)構(gòu)承受軸向竄動力，使得內(nèi)外齒不會發(fā)生過大軸向竄動，解決了外齒脫出造成聯(lián)軸器失效的問題。相對于GSL，QSL可提高一倍以上的使用壽命。通過合理的設(shè)計(jì)鼓形滾珠的鼓形半徑和配合間隙，增加了許用軸線折角，負(fù)載時(shí)最高可達(dá)5°，空載時(shí)可達(dá)6°。

QSL的公稱轉(zhuǎn)矩較GSL有20%以上的提高，對比如表1。

另外，GSL和減速機(jī)之間以花鍵連接處。要通過先進(jìn)的數(shù)控加工和熱處理工藝以及嚴(yán)格的質(zhì)量控制，保證了縱向安裝時(shí)的使用。

對于要求萬向聯(lián)軸節(jié)能夠做角度調(diào)整的情況，可以安裝調(diào)角盤。調(diào)角盤角度調(diào)節(jié)范圍±6°。調(diào)角盤屬剛性連接，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，使得調(diào)角盤所能傳遞的轉(zhuǎn)矩不小于萬向聯(lián)軸節(jié)的許用轉(zhuǎn)矩。且調(diào)角方便，不易磨損，易于保養(yǎng)。

3 應(yīng)用案例（圖2）

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)際使用證明，滾珠聯(lián)軸器較齒式聯(lián)軸器有更好的綜合使用價(jià)值。QSL長伸縮大折角滾珠萬向聯(lián)軸器使用滾珠替代鼓形齒，改進(jìn)GSL伸縮型鼓形齒接軸。并輔以先進(jìn)的調(diào)角技術(shù)，在精品螺紋鋼的軋制中成功應(yīng)用，為軋機(jī)的傳動系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)提供了新的思路。隨著滾珠萬向聯(lián)軸器在鋼鐵行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，將對我國鋼鐵的節(jié)耗增效生產(chǎn)產(chǎn)生積極的作用。

參考文獻(xiàn)

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