長伸縮滾珠萬向軸的應用

摘 要：本文分析了棒/線材生產線主軋機列所采用的長伸型滾珠式聯軸器相對長伸型鼓形齒式聯軸器的比較優勢，以及新產品徑向圓周微調大折角長伸縮滾珠萬向軸的技術特點。通過實際的使用案例，證明了產品的有效性，從而為軋機的主傳動系統的選型設計提供了新的思路。

關鍵詞：滾珠萬向軸 軋制精品螺紋鋼

中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0091-02

螺紋鋼是熱軋帶肋鋼筋的俗稱，是房屋、道路、橋梁等土建工程的重要材料。近年來國內建筑工業高速發展，對技術水平的要求也在不斷提高，國內市場的內在需求就是要求鋼鐵行業提供更多更好的品種，同時還要更高質量的螺紋棒的型材和線材。當前，鋼鐵行業就是運用軋制設備來進行軋制更多高質量的鋼材，這就意味著鋼鐵行業的高要求奠定了軋制設備的高標準和高質量。鋼廠軋鋼機主傳動中的萬向聯軸器是必不可少的設備，但是在軋鋼主傳動設備中，由于使用工況的條件相當惡劣，這就很容易造成零件的損壞。

GSL的制作工藝是相當的復雜的，尤其是在加工精度上是很難做出保證的，國內的鋼件在工藝、精度、材料方面上跟國外的這些材料方面相比較是有一定的不足，同時GSL的伸縮型鼓形齒接軸產品的發生故障率較高，工況的使用條件也收到限制，且使用的壽命也是很短。軋制高附加值的精品螺紋鋼要求必須上、下輥螺紋達到一致，萬向聯軸器在圓周方向可以實現1～10 mm的微調，國內萬向軸技術就目前來講在這方面還是空白。

我廠目前部分主軋機列采用江西某公司生產的滾珠萬向軸，在使用過程中相對于之前采用的GSL，QSL滾珠萬向軸可提高一倍以上的使用壽命，增加了軸線折角，負載時最高可達5°，空載時可達6°。同時可根據需求，在花鍵副上安裝刻度調角盤，便于精確調整花鍵副以求精密調整軋制輥，成功地解決了軋制精品螺紋鋼的技術難題。

1 滾珠聯軸器與鼓形齒式聯軸器的比較

齒式聯軸器實現兩半聯軸器的聯接功能主要是靠兩個齒數相同的齒輪嚙合。早期使用的是為了補償聯軸的相對位移這種內外齒嚙合較普通齒輪傳動具有較大的側隙，另外為了適應兩軸之間可以產生出相對角位移的情形，故而將齒頂制作成為半徑為Ra的球面。然而因為側隙這邊受到了一定的限制，不能太大，避免發生沖擊。直齒的齒頂雖然做成了半徑為Ra的球面，但是分度圓齒面仍是直線，角位移的補償能力受到限制，而且在有角位移的情況下，會產生邊緣接觸，使之壓力分布不均，承載能力減弱。為了消除直齒齒型聯軸器的補償兩軸線相對偏移性能較差和承載能力小的缺點，鼓形齒齒式聯軸器因而出現了。由于鼓形齒可以避免輪齒發生邊緣接觸，改善嚙合面上的壓力分怖的均勻性，可增加許用角位移，而且現在已經有了生產鼓形齒的專用設備，所以目前新的齒形聯軸器都是采用鼓形齒。直線齒基本已經淘汰不在使用。2001年鼓形齒聯軸器GCLD、GICL、GICLZ、GIICL、GIICLZ等已編入JB/T8854.1-2001；JB/T8854.2-2001和JB/T8854.3-2001等國家機械工業部標準，這就使這些鼓形齒聯軸器在重型機械工業中更加具有重用的優勢地位。

隨著技術是不斷地進步的，鼓形齒雖然比直線齒優越，但它的許用角位移補償△α只有1.5°，而且專用的加工鼓形齒的設備價格昂貴，所以一直有科技人員尋求角位移補償量更大，加工更簡單的方法來取代齒式聯軸器。滾珠萬向聯軸器鼓形滾珠聯軸器就是在十字軸式萬向聯軸器和直齒式、鼓形齒式聯軸器的基礎上發展起來的新一代產品。

鼓形齒式聯軸器是靠內齒圈和外齒軸套上的齒輪相互嚙合來傳遞轉矩。當齒式聯軸器旋轉時，內齒和外齒之間會產生兩種運動，一是沿齒長方向擺動，二是沿齒厚方向的翻轉運動。一旦所傳遞的兩軸線發生偏移或歪斜，相嚙合的齒對相對滑動，就會磨損齒面，這也是鼓形齒式聯軸器失效的主要形式。當鼓形齒式聯軸器在高速重載時，滑動摩擦的高壓力高速度可能產生過高溫，對潤滑產生破壞，加快齒面磨損。滾珠聯軸器的傳遞轉矩是通過主動軸帶動外齒套，外齒套帶動滾珠，滾珠再帶動內齒套從而帶動從動軸旋轉來實現的，主要是鋼珠在內外齒之間的孔中來傳遞的。在這種情況下，當所傳遞的兩軸線發生偏移或歪斜時，內外齒之間同樣會相對運動。但和鼓形齒式聯軸器傳遞轉矩發生偏移或歪斜的情況有所不同。因為滾珠聯軸器此時的相對運動是通過滾珠在孔槽的滾動來實現的，在其它條件相同的情況下，滾動摩擦力遠遠小于滑動摩擦力，所以滾珠聯軸器的元件磨損情況要好于鼓形齒式聯軸器。同時在補償沖擊方面滾珠聯軸器也優于鼓形齒式聯軸器。

另外，滾珠聯軸器在加工和維護成本方面也有很大優勢。滾珠聯軸器不要加工復雜的鼓形齒，只是在內外軸套上鉆孔和用滾珠標準件，所以加工成本低、安裝維護性能好。而且滾珠作為易損件，替換方便，備件成本低廉。滾珠聯軸器經過多家企業的多年使用，充分證明了其較齒式聯軸器的優勢。

2 QSL長伸縮大折角滾珠萬向聯軸器

GSL是一種新型的鼓形齒式接軸。它的主要特點有以下幾點。

（1）傳遞扭矩大，比十字軸萬向聯軸器能夠承受更高沖擊載荷，安全性更高。

（2）可實現大伸縮行程，由于花鍵軸可伸入到減速機輸出軸的軸孔內，縮短了分配箱與軋機的間距，節省了空間。

（3）動平衡精度高，所有零件均為回轉件。

（4）因鼓形齒與連接軋輥的軸套為一體，軸套無需緊固件連接，能夠縮短換輥時間，維護、檢修方便。

（5）易損件主要是鼓形齒軸套和內齒圈，備件成本低。

雖然GSL有以上所敘述的眾多優勢，但是，在生成過程中也顯露出一些缺陷。如果發生重載的情況，齒則比較容易折斷。若彈簧的預緊力設置不恰當，會出現內、外齒軸向竄動過大的現象，破壞端蓋，此時只有部分齒長受力，齒很快被破壞，聯軸器失效。GSL有負載時許用軸線折角小于或等于1.5°，空載時許用軸線折角小于或等于3°，有時不能滿足軋制的需求。（圖1）

而QSL長伸縮大折角滾珠萬向聯軸器在繼承了GSL的優勢的基礎上，使用鼓形滾珠來替代鼓形齒傳遞扭矩，進一步提高了產品的性能。滾珠聯軸器的齒槽是半圓形的，與漸開線齒形相比，齒根受力狀況得以改善，齒不會輕易折斷。且通過增加輔助結構承受軸向竄動力，使得內外齒不會發生過大軸向竄動，解決了外齒脫出造成聯軸器失效的問題。相對于GSL，QSL可提高一倍以上的使用壽命。通過合理的設計鼓形滾珠的鼓形半徑和配合間隙，增加了許用軸線折角，負載時最高可達5°，空載時可達6°。

QSL的公稱轉矩較GSL有20%以上的提高，對比如表1。

另外，GSL和減速機之間以花鍵連接處。要通過先進的數控加工和熱處理工藝以及嚴格的質量控制，保證了縱向安裝時的使用。

對于要求萬向聯軸節能夠做角度調整的情況，可以安裝調角盤。調角盤角度調節范圍±6°。調角盤屬剛性連接，通過設計計算，使得調角盤所能傳遞的轉矩不小于萬向聯軸節的許用轉矩。且調角方便，不易磨損，易于保養。

3 應用案例（圖2）

4 結論

經實際使用證明，滾珠聯軸器較齒式聯軸器有更好的綜合使用價值。QSL長伸縮大折角滾珠萬向聯軸器使用滾珠替代鼓形齒，改進GSL伸縮型鼓形齒接軸。并輔以先進的調角技術，在精品螺紋鋼的軋制中成功應用，為軋機的傳動系統的選型設計提供了新的思路。隨著滾珠萬向聯軸器在鋼鐵行業中的廣泛應用，將對我國鋼鐵的節耗增效生產產生積極的作用。

參考文獻

[1]李惠斌，尚玉成，吳際彬，等.滾珠萬向軸在精品螺紋鋼軋制中的應用[J].河北冶金，2011（8）.

[2]譚毅.新型滾珠聯軸器的應用與研究[J].湖南冶金，1999（1）.