連鑄工段專用新型球籠等速萬向聯軸器

劉明云，馮衛國，望襄宜

(襄陽宇清傳動科技有限公司，湖北 襄陽 441058)

0 前言

在金屬冶煉過程中，從轉爐生產出來的鋼水經過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規格的鋼坯。而連鑄工段就是將精煉后的鋼水連續鑄造成鋼坯的生產工序。將裝有精煉好鋼水的鋼包運至回轉臺，回轉臺轉動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再將鋼水分配到各個結晶器中，結晶器使鑄件成形并迅速凝固結晶。在拉矯機與結晶振動裝置共同作用下，將結晶器內的鑄件拉出，經冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的板坯［1］。從結晶器拉出的鋼坯由上下支承導輥傳送，支承導輥由電機、減速機和聯軸器驅動。在傳統裝置中，驅動支承導輥的聯軸器多采用十字軸結構，由于現場使用環境惡劣，從結晶器拉出的鋼坯溫度較高，加上冷卻水的汽化，聯軸器長期在這種高溫輻射及高溫水汽的環境下工作，經常出現十字軸軸承銹蝕、十字叉斷裂等過早失效需要頻繁更換的問題。為了改變這種狀況，需要改進或采用新結構聯軸器，以滿足上下支承導輥傳送鋼坯件的需要，滿足企業正常生產。

1 傳統的球籠萬向聯軸器

球籠等速萬向聯軸器廣泛應用于冶金、運輸、石油開采等行業，球籠等速萬向聯軸器按溝形分為固定式球籠和滑移式球籠。

如圖1 所示，固定式球籠萬向聯軸器由外套、內套、鋼球及保持架組成。內套和外套之間只有角位移而無線位移，內套和外套的溝道為弧形，內套弧形溝道中心A 與外套弧形溝道中心B相對于本體中心(保持架窗孔中心)O 在內套和外套上做等距離軸向左右偏置(AO=OB)。萬向節頭由外套內徑球面和保持架外徑球面及保持架內徑球面和內套外徑球面相互引導，以這些球面中心O為中心形成活動角，鋼球被具有偏離O點的以A、B為中心的內、外套的溝道引導，移動至所定的位置。

圖1 固定式球籠本體Fig.1 Fixed ball-cage CV joint

滑移式球籠萬向聯軸器的結構與固定式球籠萬向聯軸器相似。如圖2 所示，滑移式球籠萬向聯軸器由外套、內套、鋼球及保持架組成。內套與外套之間不僅有角位移還有線位移，內套和外套的溝道與軸線平行，保持架的內球面中心A 與保持架的外球面中心B 相對于本體中心(保持架窗孔中心)O 在保持架上做等距離軸向左右偏置(AO=OB)。萬向節頭由外套內圓柱面和保持架外徑球面及保持架內徑球面和內套外徑球面間相互引導，以本體中心O為中心形成活動角，鋼球被與軸線平行的內套、外套的溝道引導，移動至所定的位置。

圖2 滑移式球籠本體Fig.2 Sliding type ball-cage CV joint

連鑄工段用聯軸器具有高溫、噴水冷卻、傳遞扭矩大，偏轉角度大，使用環境惡劣等不利因素。固定式球籠能滿足其角度要求但是扭矩不足;滑移式球籠能滿足其扭矩要求但其角度不能達到大角度的要求。為此，襄陽宇清傳動科技有限公司設計開發出一種新型的球籠萬向聯軸器。該球籠萬向聯軸器不但要求具有傳動平穩、傳遞扭矩大、偏轉角度大，而且還要求具有耐高溫、防水、運轉平穩等特點。

2 新型球籠萬向聯軸器結構

如圖3 所示，該球籠萬向聯軸器由外套、球面座1、保持架、鋼球、球面壓蓋、油杯、球面座2、球面滑座、O 形密封圈、彈簧、彈簧墊圈、螺母、螺栓、蓋板、端面鍵、螺釘、法蘭、內套軸、內六角沉頭螺釘等組成;內套軸外球面上設有與滑移式球籠萬向聯軸器的溝形相同的若干條直溝道，并與外套內圓柱面上設置的相同數量縱向直溝道相對應，裝入保持架的鋼球位于外套與內套軸相對應的溝道內，扭矩通過外套、鋼球、內套軸傳遞;法蘭一端通過外套的臺階內孔將球面座1 壓緊定位并與外套一端焊接在一起;球面座2 與球面壓蓋配合安裝在一起并由壓縮彈簧軸向壓緊，球面滑座套裝在內套軸上，球面滑座的內孔上設置O 形密封圈與內套軸密封，O 形密封圈由耐高溫的氟橡膠材料制成;球面滑座由套裝在內套軸上的彈簧軸向定位與球面壓蓋貼合;球面滑座和其上的O 形密封圈一起對球籠起到密封作用;用螺栓將球面壓蓋安裝固定在外套的另一端面上，外套另一端的外圓與球面壓蓋內圓之間設有O 形密封圈密封;螺釘將蓋板安裝固定在法蘭一端的蓋板座內;內六角沉頭螺釘將嵌裝在法蘭一端凹槽內的鍵與法蘭緊固在一起;法蘭一端圓盤上設的均布孔內裝有聯接件螺栓、墊圈和螺母。球籠的保持架與球面座1、球面座2為間隙配合，保持架與內套軸為間隙配合聯軸器的潤滑由球面壓蓋上的油杯注入潤滑脂完成。

在球籠本體中，保持架的內球面中心A 與保持架的外球面中心B 相對于本體中心(保持架窗孔中心)O 在保持架上做等距離軸向左右偏置(AO=OB)，由此保證球籠輸入和輸出的等速性;內套軸、球面滑座回轉中心與保持架對稱中心一致，球面座回轉中心與保持架外球面回轉中心一致，由此保證球籠的定心效果。

該球籠溝道型式與滑移式球籠萬向聯軸器相同，傳遞扭矩較大;其旋轉由球面座1、球面座2 限制保持架外球面實現定心轉動，壓蓋限位偏轉角度可以達到18°。

圖3 連鑄工段球籠本體結構示意圖Fig.3 Schematic diagram for ball-cage CV joint in continuous casting section

3 結束語

該連鑄工段用球籠萬向聯軸器兼具固定式和滑移式球籠的特點，偏轉角度大、傳遞扭矩大、轉動平穩，并針對使用環境設置了耐高溫的金屬密封。該產品在國內某大型鋼廠已得到大批量廣泛的應用，大大延長了傳動軸的使用壽命，滿足了生產的需要，企業的生產效率和產品質量有了顯著的提高。

［1］楊拉道，謝東鋼.常規板坯連鑄技術［M］.北京:冶金工業出版社，2002.

［2］《重型機械標準》編寫委員會.重型機械標準(第三卷)［M］.北京:中國標準出版社，1998.

［3］［德］F·切梅茲.萬向節和傳動軸［M］.伍德榮譯.北京:北京理工大學出版社，1998.