CN115750613A - 一种十字包及十字轴式万向联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字包及十字轴式万向联轴器，属于万向轴技术领域。该十字包包括：十字轴，其包括轴头，所述轴头端面形成有凹槽；套装于所述轴头上的转动部件，其包括滚子和轴承外圈，所述滚子置于所述轴承外圈内锥孔中，沿内锥孔内壁均匀分布；所述轴承外圈包括第一结合部、第二结合部以及第三结合部，其中第三结合部的内侧向内延伸形成有凸台，所述凸台与凹槽之间构成迷宫结构。该十字包的第三结合部的内侧向内延伸形成有凸台，十字轴与轴承外圈内部为类锥度定位，安装方便；所述凸台与凹槽之间构成迷宫结构，便于加注油脂和储油，增强润滑，提高十字包的使用寿命，降低了维修保养的成本，保证生产正常运行，提高生产效率。

Description

一种十字包及十字轴式万向联轴器

技术领域

本发明属于万向轴技术领域，更具体地说，涉及一种十字包及十字轴式万向联轴器。

背景技术

随着高速轧钢的发展，钢铁行业正在向高质量、高效率、更加环保的方向转变，因此对核心传动配件的十字轴式万向联轴器的质量、寿命要求也越来越高。

目前国内所使用的十字轴式万向联轴器的十字包，主要有三种结构：一种是SWC型(用于整体式叉头)、一种是SWP型(用于剖分式叉头)、另一种是SWZ(用于轴承座式叉头)。这三种十字包都有其共性，就是在十字轴四个轴头的端面设置了一个调整垫，如图2所示，该一面与轴头端面贴合，一面与轴承外圈内端面贴合，其主要功能是防止十字轴轴头端面与轴承外圈内表面直接接触，加速磨损。

例如中国专利CN201921817288.6公开了一种新型十字包密封结构，它包括十字轴、轴承外圈、滚子及轴承座；滚子套装在十字轴的轴头上；轴承外圈套装在滚子外，其外侧安装在轴承座的内孔中，它还包括固定环、调整垫、密封圈组件和滚子压环；固定环设置在十字轴与轴承外圈之间，其内侧与十字轴紧密贴合；密封圈组件内侧套装在轴承外圈上，其外侧与固定环密封接触；调整垫贴合设置在固定环与轴承外圈之间；滚子通过滚子压环压紧。

例如中国专利CN201210229986.0公开了一种万向联轴器十字包总成，包括十字轴，该十字轴上具有四个轴头，每个轴头上设有储油孔，且每个轴头上套装有轴承外圈，轴承外圈的外端面内孔直径大于储油孔的直径，轴承外圈的外端面内孔上以螺纹方式连接有调节螺母，轴承外圈的外端面连接有对调节螺母进行限位的端盖；十字包总成应用于联轴器时，通过调节螺母调整联轴器上中间轴与两端叉头的同心度。

通常上述的调整垫用尼龙或合金铜及其它非金属材料制作。目前高速万向联轴器每分钟旋转3000多转，调整垫的两面每分钟也相应反复磨擦3000次，既而导致调整垫加速磨损，厚度变薄，十字包与叉头的轴向间隙增加，引发万向轴关节的抖动，降低了万向联轴器的寿命。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中调整垫易磨损降低万向轴寿命的问题，本发明提供一种十字包，取消调整垫，从源头解决调整垫耐磨问题。

本发明的另一目的是提供一种具有上述十字包的十字轴式万向联轴器。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的十字包，包括：

十字轴，其包括轴头，所述轴头端面形成有凹槽，十字轴头通过锥度定位，凹槽形成的间隙可以避免过定位的存在。

套装于所述轴头上的转动部件，其包括滚子和轴承外圈，所述滚子置于所述轴承外圈内锥孔中，沿内锥孔内壁均匀分布；所述轴承外圈包括第一结合部、第二结合部以及第三结合部，其中第三结合部的内侧向内延伸形成有凸台，所述凸台与凹槽之间构成迷宫结构。

于本发明的一种可能实施方式中，还包括套装于所述轴头上的密封部件，其包括密封圈，所述密封圈设置在所述轴承外圈内台阶上，所述密封圈骨架外圆与轴承外圈内圆同轴，且密封圈骨架外端面与轴承外圈内台阶端面贴合；

于本发明的一种可能实施方式中，还包括进油部件，其包括过渡螺塞和油嘴，所述过渡螺塞设置于轴承外圈端面螺纹中，所述油嘴设置于过渡螺塞中。

于本发明的一种可能实施方式中，所述滚子的内母线与十字轴轴头外圆相切。

于本发明的一种可能实施方式中，所述密封圈的唇口与十字轴颈部的圆角接触。

于本发明的一种可能实施方式中，所述过渡螺塞螺纹尾部平面与轴承外圈外侧端面贴合。

于本发明的一种可能实施方式中，所述凹槽具有第一圆弧侧壁，所述凸台具有第二圆弧侧壁，所述第一圆弧侧壁与第二圆弧侧壁构成水滴结构。

于本发明的一种可能实施方式中，所述迷宫结构包括平直段、过渡段以及弯曲段，其中所述过渡段由平直段向弯曲段呈水滴形逐渐扩大，且弯曲段的最小间隙为1.5mm。

于本发明的一种可能实施方式中，还包括挡圈，所述挡圈设置在轴承外圈上。

本发明还提供了一种具有上述十字包的十字轴式万向联轴器。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的十字包，其第三结合部的内侧向内延伸形成有凸台，十字轴与轴承外圈内部为类锥度定位，安装方便，从而取消调整垫；所述凸台与凹槽之间构成迷宫结构，便于加注油脂和储油，增强润滑，提高十字包的使用寿命，降低了维修保养的成本，保证生产正常运行，提高生产效率；

(2)本发明的十字包，可适当向内加厚轴承外圈，一方面提高了轴承外圈整体的强度，另一个方面增加了过渡螺塞的旋合长度，增加了稳定性，不至于因脱落造成外部进水；

(3)本发明的十字包，不会因为调整垫磨损后产生的金属或非金属粉末加速辊道的磨损；

(4)本发明的十字包，十字轴端面无需接触，不需要采取磨削加工，一般车削即可，降低了机加工成本。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为现有技术的十字包使用状态图；

图2为现有技术的十字包结构意图；

图3为本发明的十字包结构示意图；

图4为图3的A部放大图；

图5为图3的B部放大图；

图6为本发明的十字包立体结构示意图；

图7为本发明的轴承外圈设计示意图；

图8为本发明的轴承外圈径向壁厚设计示意图；

图9为本发明的轴承外圈轴向壁厚设计示意图。

附图标记说明：

11、密封圈；111、外端面；12、十字轴；121、轴头；122、凹槽；123、第一圆弧侧壁；13、滚子；14、轴承外圈；141、内锥孔；142、内台阶；144、端面螺纹；145、第一结合部；146、第二结合部；147、第三结合部；148、凸台；149、第二圆弧侧壁；15、挡圈；16、过渡螺塞；17、油嘴；18、迷宫结构；181、平直段；182、过渡段；183、弯曲段。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

现有技术的十字包结构详见附图2所示。十字轴轴颈是圆柱体，轴承外圈内壁是圆柱体，滚子是标准的圆柱滚子；密封圈安装在轴承外圈的靠近外侧的内台阶上；调整垫装在轴承外圈的靠近内侧的台阶上；有滚子、密封圈和调整垫的轴承外圈套入到十字轴的轴径上，其径向由滚子群形成的内圈与十字轴轴径接触限制，其轴向由调整垫靠近外侧的端面与十字轴端面贴合限制。

受十字包回转半径限制的影响，轴承外圈的壁厚外加厚也被限制，因此轴承外圈端面承载的壁厚较薄，往复冲击时，易产生疲劳损失而碎裂；一方面十字轴端面的面积也大，增加机加工磨削的工时，提高了成本；另一方面，调整垫材料(尼龙或合金铜及其它非金属材料)相对于十字轴(合金钢)来说较软，容易磨损，磨损后产生的金属或非金属粉末，随着油脂进入到辊道中，加速辊道的磨损。

实施例1

如图3至图6所示，本实施例的十字包包括十字轴12、转动部件、密封部件、进油部件和挡圈15。

在本实施中，所述十字轴12包括轴头121，所述轴头121端面沿中心形成有凹槽122，该凹槽122的深度为0.1*滚子长-0.3*滚子长mm，优选的凹槽122的深度为0.2*滚子长mm；所述凹槽122具有第一圆弧侧壁123，该第一圆弧侧壁123构成一个环形的弧面。十字轴12的轴径设计为圆锥体，其靠近端面的外径小，靠近颈部的外径大，类似如圆柱销。

进一步的，所述转动部件套装于所述轴头121上，其包括滚子13和轴承外圈14，所述挡圈15设置在轴承外圈14上，所述滚子13置于所述轴承外圈14内锥孔141中，沿内锥孔141内壁均匀分布；具体的轴承外圈14与滚子13接触的内孔设计为锥孔，其向外的孔口大，向内的孔口小，类似如碗口；所述滚子13的内母线与十字轴12轴头121外圆相切。

上述锥孔141的锥度大小建议在1：30～1：50；换算α＝0.572°～0.955°。

十字轴在传递扭矩和轴向冲击合力作用在圆锥表面上面的合力为F，因为锥度设计，会产生径向和轴向两个分力，分别为F1和F2，如图7所示；

F1＝F*cosα(公式1)；

F2＝F*sinα(公式2)；

公式1中，当α越小，计算出F1越大，否则反之；公式2中，当α越小，计算出F2越小，否则反之。

根据行业标准JB/T5513中描述，一般轴承外圈与叉头轴承孔设计为过盈配合，可以理解轴承外圆和叉头相对固定，形成一体，可以承受较大的径向力；从受力角度分析，当α取一个较小的值，轴承外圆承受的径向力F1大，轴向冲击力F2小。

十字轴在轴向冲击时，全部作用在轴承外圆端面，因有调整垫安装的凹槽及回转直径的设计，一般端面壁厚都不会太厚，受轴向冲击的往复影响，金属易疲劳，最后破坏。

但锥度又不能设计的过小，当锥度越小时，径向误差的变化，会很大影响轴向定位，例如当锥度为1：30时，直径每变化1mm，长度变化30mm。

一般轴承内孔和十字轴外圆为磨削加工，磨削精度可以达到IT4-IT5级，以直径Φ200为例，IT5公差带为0.02mm；锥度1：30时，长度变化量为0.6mm；锥度1：50时，长度变化量为1mm。

因此为了保证锥度能够很好的定位，长度方向需设计最小间隙1.5mm。内外锥圆均采用磨削加工，定制锥度规，用锥规来检测锥度是否加工合格，如图7所示，主要检测L1和接触率。

其中，所述轴承外圈14包括第一结合部145、第二结合部146以及第三结合部147，第一结合部145、第二结合部146以及第三结合部147一体成型，其中第三结合部147的内侧向内延伸形成有凸台148，凸台148的高度为0.5*凹槽122深度--1*凹槽122深度mm，优选的凸台148的高度为0.75*凹槽122深度mm，所述凸台148与凹槽122之间构成迷宫结构18，增加储油空间，便于加注油脂和储油；所述凸台148具有第二圆弧侧壁149，该第二圆弧侧壁149构成一个环形的弧面。

本发明设计时十字轴12轴头121端面与轴承外圈14内端面形成有间隙，所以当轴承外圈14部件套装入十字轴12直至轴向停止时，十字轴12端面始终与轴承外圈14内端面不接触，保证轴径与滚子13接触良好。

通过现场的使用反馈，以及结合相关的理论分析，由于十字轴12高速旋转，其轴头121存在一定的上下微振动，且可能在凹槽122和凸台148之间形成摩擦，在不影响轴承外圈14轴向定位的前提下，如图4所示，所述迷宫结构18包括平直段181、过渡段182以及弯曲段183，其中所述过渡段182由平直段181向弯曲段183呈水滴形逐渐扩大，且弯曲段183的最小间隙为1.5mm，具体的，所述第一圆弧侧壁123与第二圆弧侧壁149构成水滴结构。

可以看出，凹槽122和凸台148之间间隙较大，有效避免摩擦；另外，可以充分利用十字轴12的高速转动，使得润滑油脂快速穿过水滴形结构，避免由于阻力增大导致润滑油脂输入不畅的问题。

本发明的十字包因十字轴12端面不接触，可适当向内设计凹槽122，同时轴承外圈14内壁也可适当向内加厚，具体的如下：

1)径向壁厚增加值，如图8所示：

Δ＝Bx-Bo；Bo为原设计径向壁厚；

Bx＝Lx*tanα；Bx为距离端面Lx长度壁厚值；

2)轴向壁厚增加值，如图9所示：

Δ＝By-B1；B1为原设计轴向壁厚；

By＝B1+B2+B3-B4；B2为调整垫壁厚值；B2为调整垫壁厚值；B3为凸台设计高度；B4为缝隙值。

进一步的，如图5所示，轴承外圈14的壁厚内加厚，一方面提高了轴承外圈14整体的强度，另一个方面增加了过渡螺塞16的旋合长度，增加了稳定性，不至于因脱落造成外部进水。

上述的设计更便于加注油脂和储油，开始注油时，因十字轴12中部空间较大，油脂先充满十字轴12中部，进而分散到各个轴头121，从迷宫结构18到流入滚子13缝隙中。因迷宫结构18设计，油脂更易的保留在端面，通过旋转的离心力，持久为辊道输送油脂，进而提高了十字包的使用寿命。

挡圈15属于现有技术(公开号CN201554787U卡环式限位十字包总成结构)，此处就不在重复介绍，其目的就是限制十字包在叉头的轴向位置。

在本实施中，所述密封部件套装于所述轴头121上，其包括密封圈11，所述密封圈11为市场购买的现有产品，所述密封圈11设置在所述轴承外圈14内台阶142上，所述密封圈11骨架外圆与轴承外圈14内圆同轴，且密封圈11骨架外端面111与轴承外圈14内台阶142端面贴合；所述密封圈11的唇口与十字轴12颈部的圆角接触(一般设有0.5左右的压量，已保证其密封良好)。

在本实施中，进油部件包括过渡螺塞16和油嘴17，所述过渡螺塞16设置于轴承外圈14端面螺纹144中，所述油嘴17设置于过渡螺塞16中；所述过渡螺塞16螺纹尾部平面与轴承外圈14外侧端面贴合。

需要说明的是，本发明的十字包取消了调整垫，轴承外圈14端面不接触，进而不会受到轴向冲击带来的影响；此外，十字轴12端面无需接触，不需要采取磨削加工，一般车削即可，降低了机加工成本；因没有调整垫，主要接触位置在辊道，而滚子13和十字轴12表面的硬度很高(一般在HRC61左右)，只要润滑良好，不会出现大量的金属粉末。

Claims (10)

1.一种十字包，其特征在于，包括：

十字轴(12)，其包括轴头(121)，所述轴头(121)端面形成有凹槽(122)；

套装于所述轴头(121)上的转动部件，其包括滚子(13)和轴承外圈(14)，所述滚子(13)置于所述轴承外圈(14)内锥孔(141)中，沿内锥孔(141)内壁均匀分布；所述轴承外圈(14)包括第一结合部(145)、第二结合部(146)以及第三结合部(147)，其中第三结合部(147)的内侧向内延伸形成有凸台(148)，所述凸台(148)与凹槽(122)之间构成迷宫结构(18)。

2.根据权利要求1所述的十字包，其特征在于，还包括套装于所述轴头(121)上的密封部件，其包括密封圈(11)，所述密封圈(11)设置在所述轴承外圈(14)内台阶(142)上，所述密封圈(11)骨架外圆与轴承外圈(14)内圆同轴，且密封圈(11)骨架外端面(111)与轴承外圈(14)内台阶(142)端面贴合；

3.根据权利要求2所述的十字包，其特征在于，还包括进油部件，其包括过渡螺塞(16)和油嘴(17)，所述过渡螺塞(16)设置于轴承外圈(14)端面螺纹(144)中，所述油嘴(17)设置于过渡螺塞(16)中。

4.根据权利要求1所述的十字包，其特征在于，所述滚子(13)的内母线与十字轴(12)轴头(121)相切。

5.根据权利要求2所述的十字包，其特征在于，所述密封圈(11)的唇口与十字轴(12)颈部的圆角接触。

6.根据权利要求3所述的十字包，其特征在于，所述过渡螺塞(16)螺纹尾部平面与轴承外圈(14)外侧端面贴合。

7.根据权利要求1-6任一项所述的十字包，其特征在于，所述凹槽(122)具有第一圆弧侧壁(123)，所述凸台(148)具有第二圆弧侧壁(149)，所述第一圆弧侧壁(123)与第二圆弧侧壁(149)构成水滴结构。

8.根据权利要求7所述的十字包，其特征在于，所述迷宫结构(18)包括平直段(181)、过渡段(182)以及弯曲段(183)，其中所述过渡段(182)由平直段(181)向弯曲段(183)呈水滴形逐渐扩大，且弯曲段(183)的最小间隙为1.5mm。

9.根据权利要求1所述的十字包，其特征在于，还包括挡圈(15)，所述挡圈(15)设置在轴承外圈(14)上。

10.一种具有权利要求1-9任一项所述十字包的十字轴式万向联轴器。

Images