CN104196903A - 一种带花键副的十字轴式万向联轴器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种带花键副的十字轴式万向联轴器，包括两个法兰叉头、两个十字轴总成、花键轴、花键套和两个焊接叉头；其中的花键轴采用调质的45#无缝厚壁钢管制造，其管体的外壁为外花键，其管内空心；本发明的带花键副的十字轴式万向联轴器的优势在于：通过采用调质的45#无缝钢管替代圆钢棒材制作花键轴，在保证原设计承载能力的前提下，可节省花键轴的制造材料、改善其使用性能并延长其使用寿命，使得产品的性价比更具市场竞争优势。
Description
技术领域
本发明涉及的是联轴器领域，具体而言是关于一种带花键副的十字轴式万向联轴器。
背景技术
十字轴式万向联轴器是一种最常用的联轴器，利用其结构的特点能使不在同一轴线或轴线折角较大或轴向移动较大的两轴等角速连续回转，并可靠地传递转矩和运动，一般两轴的轴间角最大可达35°～45°,而且在运转过程可以随时改变两轴的轴间角，其最大特点是：具有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高；能广泛应用于起重、工程运输、矿山、石油、船舶、煤炭、橡胶、造纸机械及其它重机行业的机械轴系中传递转矩。
十字轴式万向联轴器零件的材料直接影响着其强度、刚度、耐磨性、耐蚀性、耐热性、疲劳寿命、重量、美观等，应根据零件的工况选择适当的材料；在满足使用性能的前提下，选用零件材料时要降低零件的成本，不同材料的价格可能相差几倍，甚至几十倍。在金属材料中，碳钢和铸铁的价格相对较低，其加工工艺性能较好；所以，在满足机械性能要求的前提下，宜优先选择碳钢或铸铁，十字轴式万向联轴器零件的制造材一般选择45号钢、45号锻钢、40铬和铸铁等。
花键副连接应用于十字轴式万向联轴器上，其导向性能好，井能在轴向灵活移动，但花键轴的缺点是制造成本高；制作花键轴的材料常用调质钢(45、40Cr等)和渗碳钢(20、20CrMnTi等)两种，但是花键孔是用拉削制成的，目前以采用花键轴调质最为普遍，硬度控制在HB280～320之间；对精度与硬度要求较高的按内径定心的花键轴，因为花键孔的内径可以在磨床上加工，因此花键轴的表面硬度可以提高，增加其耐磨性和强度，有利延长花键联结的使用寿命，但又不能硬脆而造成折断。故宜用渗碳淬火提高其表面硬度(HRC60)。
万向联轴器中花键副传统上普遍采用棒料或锻件制作，耗材多，整体质量和转动惯量大。尤其对大规格的花键轴尤其横截面直径大，使得材料在热处理调质时的硬度及机械强度提高受到影响。在热处理工序调质中，相对相同外径的钢管加热保温时间长，效率低，能耗高，硬度低，机械性能低。因此在该领域内，开发设计新的花键轴，提高联轴器中花键轴材料热处理后的硬度及机械强度，保持其承载能力，延长联轴器的使用寿命，并且节省材料成本，是目前该领域的产品系列开发的主攻方向之一。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种带花键副的十字轴式万向联轴器，以达到保持其承载能力、延长联轴器的使用寿命、并且节省材料成的目的。
本发明的上述目的通过独立权利要求的特征来实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的特征。
本发明的技术方案是：一种带花键副的十字轴式万向联轴器，包括：法兰叉头1、十字轴总成2、采用厚壁无缝金属圆管制造的花键轴3、花键套4、焊接叉头5、十字轴总成6、法兰叉头7和焊接叉头8；其中的法兰叉头1一端固定连接传动轴、一端活动连接十字轴总成2；十字轴总成2一端活动连接法兰叉头1、一端固定连接焊接叉头8；焊接叉头8一端活动连接十字轴总成2、一端固定连接花键轴3；花键轴3一端固定连接焊接叉头8、一端活动连接花键套4；花键套4一端固定连接焊接叉头5、一端活动连接花键轴3；焊接叉头5一端活动连接十字轴总成6、一端固定连接花键套4；十字轴总成6一端活动连接法兰叉头7、一端固定连接焊接叉头5；法兰叉头7其一端固定连接另一个传动轴、一端活动连接十字轴总成6。
进一步的，所述花键轴3采用调质的45#无缝钢管制造，该材质的无缝钢管的内孔直径尺寸小于其外径尺寸的47％。
进一步的，所述花键轴3采用调质的45#无缝钢管制造，该材质的无缝钢管的内孔直径尺寸等于其外径尺寸的47％。
本发明的设计原理在于：一般传统的带花键副的十字轴式万向联轴器中的花键轴普遍采用棒料或锻件制作，耗材多，整体质量和转动惯量大。尤其对大规格的花键轴，因其横截面直径大，使得材料在热处理调质时的硬度及机械强度提高受到影响；我们在受到与其相配的零件花键套采用无缝管材料的启发下，探讨了在不改变标准产品的性能，外形尺寸的情况下，采用厚壁无缝管钢管代替圆钢棒材制作花键轴的可能性。在万向轴标准中接管的外径为D3(标准给定)使用材质为Q235，如下表的比较：
σS MP
纵观表中的4种截面的材料σs的比值在2.12-1.72之间，为讨论简明起见，均按45#(调质)与Q235的σs之比为1.75，对十字万向联轴器标准(JB/T5513-2006)中选225至550的九种规格：接管内径与外径之比均在0.84-0.856之间，花键轴分度圆与接管外径之比均在0.7105-0.738之间，在材料力学中对空心管材强度计算公式：
τn＝16MD/π(D4-d4).
式中：τn-材料的剪切强度(Q235)
D-管的外径(在标准中给定D3；d管的内径(标准图样中可查到)
M-最大转矩(标准中公称转矩的函数值)
选用相对壁厚大的d/D＝0.84将d代入并简化得
τn＝32M/π·d3
M＝πd3·τn/32
若花键轴采用45#无缝管制作，则有：
τn1＝16Md分/π(d分 4-d1 4)
式中：τn1-45钢调质后的剪切强度
d分-花键轴分度圆直径
d1-花键轴用钢管内径
选用d分对D比值较小的比值d分/D＝0.71及τn1＝1.75τn
代入上式：1.75τn＝16πd3τn/32·0.71D/π[﹙0.71D﹚4·d1 4]
解d1＝0.47D
依据以上计算，即在标准要求的条件下花键轴采用调质的45#无缝管当内孔不大于接管外径47％时，即可保证原设计承载能力。
由以上本发明的技术方案可知，本发明的与传统的带花键副的十字轴式万向联轴器相比，其具有以下优势和有益的效果：
1.由于本发明的带花键副的十字轴式万向联轴器采用厚壁无缝管钢管代替圆钢棒材制作花键轴，改善了花键轴材料热处理的性能，在热处理工序调质中，相对缩短了材料的加热保温时间，降低了能耗高，降低了花键轴的加工工艺难度；另外，在不改变其外形尺寸的情况下，提高了花键轴的硬度及机械强度，延长联轴器的使用寿命。
2.由于本发明的带花键副的十字轴式万向联轴器的花键轴采用厚壁无缝管钢管代替圆钢棒材制作，在保证原设计承载能力的前题下，其花键轴由实心轴改进为空心轴，可节省花键轴材料达到43％以上，明显降低了其制造的材料成本，使得产品的价格更具市场竞争优势。
附图说明
图1是本发明的带花键副的十字轴式万向联轴器结构示意图，其中：
1-法兰叉头；2-十字轴总成；3-花键轴；4-花键套；5-焊接叉头；6-十字轴总成；7-法兰叉头；8-焊接叉头；
图2是本发明的花键轴的轴向局部结构示意图，其中：
9-管体；10-外花键；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明；
如图1所示，本发明的较佳实施例，带花键副的十字轴式万向联轴器包括：法兰叉头1、十字轴总成2、采用厚壁无缝金属圆管制造的花键轴3、花键套4、焊接叉头5、十字轴总成6、法兰叉头7和焊接叉头8；其中的法兰叉头1一端固定连接传动轴、一端活动连接十字轴总成2；十字轴总成2一端活动连接法兰叉头1、一端固定连接焊接叉头8；焊接叉头8一端活动连接十字轴总成2、一端固定连接花键轴3；花键轴3一端固定连接焊接叉头8、一端活动连接花键套4；花键套4一端固定连接焊接叉头5、一端活动连接花键轴3；焊接叉头5一端活动连接十字轴总成6、一端固定连接花键套4；十字轴总成6一端活动连接法兰叉头7、一端固定连接焊接叉头5；法兰叉头7其一端固定连接另一个传动轴、一端活动连接十字轴总成6。
上述的花键轴3采用厚壁无缝金属圆管制造，其内部是空心的，其圆体外壁设置外花键，与花键套的内花键配合活动连接。
如图2所示，本实施例中花键轴3采用调质的45#无缝钢管制造，其管体9的外壁为外花键10，其管内为空心的，该材质的无缝钢管体9的内孔直径尺寸为其外径尺寸的47％。
综上所述，本发明的实施例中的带花键副的十字轴式万向联轴器，通过采用调质的45#无缝钢管替代圆钢棒材制作花键轴，在保证原设计承载能力的前提下，可节省花键轴的制造材料，并改善其使用性能延长其使用寿命。
以上说明书文字与附图仅为对本发明的解释和说明，不以任何形式对本发明构成限制和限定，本发明的范围以权利要求书为准，一切不超出本发明宗旨的显而易见的修改、变换和替代方案均在本发明范围内。
Claims (3)
1.一种带花键副的十字轴式万向联轴器，其特征在于包括：法兰叉头(1)、十字轴总成(2)、采用厚壁无缝金属圆管制造的花键轴(3)、花键套(4)、焊接叉头(5)、十字轴总成(6)、法兰叉头(7)和焊接叉头(8)；其中的法兰叉头(1)一端固定连接传动轴、一端活动连接十字轴总成(2)；十字轴总成(2)一端活动连接法兰叉头(1)、一端固定连接焊接叉头(8)；焊接叉头(8)一端活动连接十字轴总成(2)、一端固定连接花键轴(3)；花键轴(3)一端固定连接焊接叉头(8)、一端活动连接花键套(4)；花键套(4)一端固定连接焊接叉头(5)、一端活动连接花键轴(3)；焊接叉头(5)一端活动连接十字轴总成(6)、一端固定连接花键套(4)；十字轴总成(6)一端活动连接法兰叉头(7)、一端固定连接焊接叉头(5)；法兰叉头(7)其一端固定连接另一个传动轴、一端活动连接十字轴总成(6)。
2.根据权利要求1所述的带花键副的十字轴式万向联轴器，其特征在于，所述花键轴(3)采用调质的45#无缝钢管制造，该材质的无缝钢管的内孔直径尺寸小于其外径尺寸的47％。
3.根据权利要求1所述的带花键副的十字轴式万向联轴器，其特征在于，所述花键轴(3)采用调质的45#无缝钢管制造，该材质的无缝钢管的内孔直径尺寸等于其外径尺寸的47％。
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