十字軸萬向聯軸器的改進設計

摘 要：簡要介紹了十字軸萬向聯軸器改進設計，包括設計帶支承的萬向連軸器和無滾針十字軸，上述改進設計的新型十字軸萬向連軸器具有剛性好、運行平穩、使用壽命長，可滿足大型軋機在高速、重載、工作環境差等地方使用要求，同時也可在傳統軋機上使用，延長工作壽命，具有良好的推廣和應用價值。

關鍵詞：萬向聯軸器；十字軸；高速重載

引言

十字軸萬向聯軸器是連接在動力機械與工作機械之間，用于傳遞轉矩的一種機械傳動裝置，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械軸系傳遞轉矩裝置，其結構使不在同一軸線、軸線折角較大或軸向移動較大的兩軸能夠等角速連續回轉，并可靠地運動和傳遞轉矩，具有角度補償能力較大、結構緊湊、承載能力大以及傳遞效率高等優點，廣泛應用于鋼鐵冶金、礦山、汽車、船舶、石油、橡膠、造紙等重機行業。

貴陽力波機械傳動有限公司是貴州省唯一一家專業從事十字軸萬向聯軸器研發、生產和銷售的民營科技型企業，近幾年走訪客戶和調研發現，十字軸萬向聯軸器作為軋機主傳動中的關鍵部件，隨著軋機軋制速度的加快、噸位增大和產量的不斷增加，使得目前廣泛使用的普通十字軸萬向聯軸器與軋制設備的工作載荷的矛盾日趨明顯，工作中會產生強烈振動，不僅噪音大，且容易損壞、使用壽命較短，造成軋承鋼軋機與減速機之間的十字軸萬向聯軸器故障頻繁，嚴重影響產能的提升。

為克服上述缺陷，貴陽力波機械傳動有限公司對傳統的十字軸萬向聯軸器進行了設計改進，自主開發出具有剛性好、運行平穩、使用壽命長，可滿足大型軋機在高速、重載、工作環境差等地方使用要求，同時也可在傳統軋機上使用，延長工作壽命的新型十字軸萬向聯軸器。文章就新型十字軸萬向聯軸器的所做改進做簡要介紹，不足之處還請讀者批評指正。

1 萬向連軸器的改進設計

在軋機高速傳動下，萬向連軸器受軸向竄動、裝配間隙、兩端連接處的定心精度、高速回轉時的彈性變形以及前期現場安裝狀況不良等因素都能造成的傳動不平衡，軋機的速度越快，這種竄動越大，不平衡度也隨之增大。目前廣泛使用的普通萬向聯軸器（見圖1）由于沒有中間支承，導致了工作中會產生強烈振動，不僅噪音大，而且容易出現損壞快、使用壽命較短等問題。

為克服上述難題，貴陽力波機械傳動有限公司對萬向連軸器進行設計改進，開發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，另外一個叉頭法蘭盤1通過另外一個十字軸3鉸接固定在花鍵套6右端的另外一個叉頭2上；在花鍵軸5上固定有軸承7。為了便于安裝在軋機上，在軸承7的外圈固定有兩根支承軸4。與現有的萬向連軸器相比，本方案通過在原來結構的基礎上增加了起支承作用的軸承，以平衡由高轉速產生的偏心慣性力，不僅能夠增加聯軸器的剛性，而且也提高了轉動的平穩性，從而降低了因振動而產生的噪音、延長了使用壽命。

2 十字軸改進設計

十字軸是萬向聯軸器的關鍵部件，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、內置于外套中的滾針構成），十字軸在滾針軸承作有限擺動，但是在高速重載運行情況下，由于滾針直徑小，與軸頸或外套內壁接觸面小（線接觸）；因此滾針所承受的負載較大，容易磨損、使用壽命短。另外，這種滾針式的十字軸不僅結構復雜、裝配比較麻煩，而且由于滾針需要占據一定的空間，因此在保持萬向節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度較低，最終導致十字軸承載能力下降。不僅如此，由于傳統的滾針式十字軸為滾動摩擦，還存在振動和噪音大等缺陷。

為克服上述難題，貴陽力波機械傳動有限公司對十字軸進行設計改進，開發出無滾針重載十字軸。如圖3所示，十字軸四個呈杯狀結構的軸套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油槽2，各軸頸的端面開設有與導油槽2連通的溝槽8，各軸套5的內端面開設有與溝槽8連通的儲油腔7，各軸套5的外端面固定有與儲油腔7連通的注油嘴6，十字軸本體3內部設有將各溝槽8相互連通的十字形油道1。與現有的十字軸相比，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呈螺旋狀的油槽和儲油腔，使之能夠在軸頸與軸套之間形成了類似于滑動軸承的油膜，潤滑更加充分，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軸頸得到良好的潤滑，而且各方向均可加注潤滑油，十分方便，不僅改善了軸頸與軸套之間的潤滑條件、減輕了兩者之間的摩擦、降低了噪音、延長了使用壽命，同時具有結構簡單、裝配方便、承載能力強等優點。

3 結束語

通過以上改進，貴陽力波機械傳動有限公司開發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，貴陽力波機械傳動有限公司已建成年產600套十字軸萬向聯軸器中試生產線1條，面向首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司在內的20多個下游客戶試銷（見圖4），許多客戶反饋良好，據不完全統計，安裝新型十字軸萬向聯軸器的軋機故障率明顯降低，每年平均減少熱停機損失近百萬元，取得了良好的經濟效益和社會效益。

作者簡介：莫貴疆（1985，09-），男，貴州三都人，工程師，畢業于鄭州大學，本科學歷，學士學位，工作或研究領域：先進工業制造技術咨詢和推廣服務。