十字軸萬向聯(lián)軸器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了十字軸萬向聯(lián)軸器改進(jìn)設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)帶支承的萬向連軸器和無滾針十字軸，上述改進(jìn)設(shè)計(jì)的新型十字軸萬向連軸器具有剛性好、運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)，可滿足大型軋機(jī)在高速、重載、工作環(huán)境差等地方使用要求，同時(shí)也可在傳統(tǒng)軋機(jī)上使用，延長(zhǎng)工作壽命，具有良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：萬向聯(lián)軸器；十字軸；高速重載

引言

十字軸萬向聯(lián)軸器是連接在動(dòng)力機(jī)械與工作機(jī)械之間，用于傳遞轉(zhuǎn)矩的一種機(jī)械傳動(dòng)裝置，主要由十字軸、叉頭、法蘭盤、花鍵軸、花鍵套等組成，是一種十分常用的機(jī)械軸系傳遞轉(zhuǎn)矩裝置，其結(jié)構(gòu)使不在同一軸線、軸線折角較大或軸向移動(dòng)較大的兩軸能夠等角速連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地運(yùn)動(dòng)和傳遞轉(zhuǎn)矩，具有角度補(bǔ)償能力較大、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大以及傳遞效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶金、礦山、汽車、船舶、石油、橡膠、造紙等重機(jī)行業(yè)。

貴陽(yáng)力波機(jī)械傳動(dòng)有限公司是貴州省唯一一家專業(yè)從事十字軸萬向聯(lián)軸器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的民營(yíng)科技型企業(yè)，近幾年走訪客戶和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，十字軸萬向聯(lián)軸器作為軋機(jī)主傳動(dòng)中的關(guān)鍵部件，隨著軋機(jī)軋制速度的加快、噸位增大和產(chǎn)量的不斷增加，使得目前廣泛使用的普通十字軸萬向聯(lián)軸器與軋制設(shè)備的工作載荷的矛盾日趨明顯，工作中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，不僅噪音大，且容易損壞、使用壽命較短，造成軋承鋼軋機(jī)與減速機(jī)之間的十字軸萬向聯(lián)軸器故障頻繁，嚴(yán)重影響產(chǎn)能的提升。

為克服上述缺陷，貴陽(yáng)力波機(jī)械傳動(dòng)有限公司對(duì)傳統(tǒng)的十字軸萬向聯(lián)軸器進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，自主開發(fā)出具有剛性好、運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)，可滿足大型軋機(jī)在高速、重載、工作環(huán)境差等地方使用要求，同時(shí)也可在傳統(tǒng)軋機(jī)上使用，延長(zhǎng)工作壽命的新型十字軸萬向聯(lián)軸器。文章就新型十字軸萬向聯(lián)軸器的所做改進(jìn)做簡(jiǎn)要介紹，不足之處還請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

1 萬向連軸器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

在軋機(jī)高速傳動(dòng)下，萬向連軸器受軸向竄動(dòng)、裝配間隙、兩端連接處的定心精度、高速回轉(zhuǎn)時(shí)的彈性變形以及前期現(xiàn)場(chǎng)安裝狀況不良等因素都能造成的傳動(dòng)不平衡，軋機(jī)的速度越快，這種竄動(dòng)越大，不平衡度也隨之增大。目前廣泛使用的普通萬向聯(lián)軸器（見圖1）由于沒有中間支承，導(dǎo)致了工作中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，不僅噪音大，而且容易出現(xiàn)損壞快、使用壽命較短等問題。

為克服上述難題，貴陽(yáng)力波機(jī)械傳動(dòng)有限公司對(duì)萬向連軸器進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，開發(fā)出帶支承的萬向連軸器。如圖2所示，在花鍵軸5插入花鍵套6中與之配合，在花鍵軸5的左端以及花鍵套6的右端各焊接有一個(gè)呈C字形的叉頭2；叉頭法蘭盤1通過十字軸3鉸接固定在花鍵軸5左端的叉頭2上，另外一個(gè)叉頭法蘭盤1通過另外一個(gè)十字軸3鉸接固定在花鍵套6右端的另外一個(gè)叉頭2上；在花鍵軸5上固定有軸承7。為了便于安裝在軋機(jī)上，在軸承7的外圈固定有兩根支承軸4。與現(xiàn)有的萬向連軸器相比，本方案通過在原來結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了起支承作用的軸承，以平衡由高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的偏心慣性力，不僅能夠增加聯(lián)軸器的剛性，而且也提高了轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性，從而降低了因振動(dòng)而產(chǎn)生的噪音、延長(zhǎng)了使用壽命。

2 十字軸改進(jìn)設(shè)計(jì)

十字軸是萬向聯(lián)軸器的關(guān)鍵部件，為了降低十字軸與連接叉頭之間的磨損，通常在十字軸的軸頸上安裝滾針軸承（該軸承由外套、內(nèi)置于外套中的滾針構(gòu)成），十字軸在滾針軸承作有限擺動(dòng)，但是在高速重載運(yùn)行情況下，由于滾針直徑小，與軸頸或外套內(nèi)壁接觸面小（線接觸）；因此滾針?biāo)惺艿呢?fù)載較大，容易磨損、使用壽命短。另外，這種滾針式的十字軸不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配比較麻煩，而且由于滾針需要占據(jù)一定的空間，因此在保持萬向節(jié)體積不增加的前提下，只能縮小十字軸的軸頸直徑，從而造成十字軸的強(qiáng)度較低，最終導(dǎo)致十字軸承載能力下降。不僅如此，由于傳統(tǒng)的滾針式十字軸為滾動(dòng)摩擦，還存在振動(dòng)和噪音大等缺陷。

為克服上述難題，貴陽(yáng)力波機(jī)械傳動(dòng)有限公司對(duì)十字軸進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，開發(fā)出無滾針重載十字軸。如圖3所示，十字軸四個(gè)呈杯狀結(jié)構(gòu)的軸套5通過間隙配合的方式分別套在十字軸本體3的各個(gè)軸頸上，軸頸的根部固定有將軸套5端口封閉的油封4，各軸頸的圓柱面上分布有呈螺旋狀的導(dǎo)油槽2，各軸頸的端面開設(shè)有與導(dǎo)油槽2連通的溝槽8，各軸套5的內(nèi)端面開設(shè)有與溝槽8連通的儲(chǔ)油腔7，各軸套5的外端面固定有與儲(chǔ)油腔7連通的注油嘴6，十字軸本體3內(nèi)部設(shè)有將各溝槽8相互連通的十字形油道1。與現(xiàn)有的十字軸相比，本方案的十字軸無需安裝滾針，而是在十字軸的軸頸上開設(shè)呈螺旋狀的油槽和儲(chǔ)油腔，使之能夠在軸頸與軸套之間形成了類似于滑動(dòng)軸承的油膜，潤(rùn)滑更加充分，十字形油道連通各溝槽，確保即便部分注油嘴堵塞也能保證各個(gè)軸頸得到良好的潤(rùn)滑，而且各方向均可加注潤(rùn)滑油，十分方便，不僅改善了軸頸與軸套之間的潤(rùn)滑條件、減輕了兩者之間的摩擦、降低了噪音、延長(zhǎng)了使用壽命，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配方便、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過以上改進(jìn)，貴陽(yáng)力波機(jī)械傳動(dòng)有限公司開發(fā)的十字軸萬向連軸器在使用性能和使用壽命上均有很大提高。目前，貴陽(yáng)力波機(jī)械傳動(dòng)有限公司已建成年產(chǎn)600套十字軸萬向聯(lián)軸器中試生產(chǎn)線1條，面向首鋼貴陽(yáng)特殊鋼有限責(zé)任公司在內(nèi)的20多個(gè)下游客戶試銷（見圖4），許多客戶反饋良好，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，安裝新型十字軸萬向聯(lián)軸器的軋機(jī)故障率明顯降低，每年平均減少熱停機(jī)損失近百萬元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作者簡(jiǎn)介：莫貴疆（1985，09-），男，貴州三都人，工程師，畢業(yè)于鄭州大學(xué)，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，工作或研究領(lǐng)域：先進(jìn)工業(yè)制造技術(shù)咨詢和推廣服務(wù)。