CN104776110A - 一种空心轴和一种转轴 - Google Patents

Abstract

本发明的一种空心轴由空心轴、X构件或者连同圆饼组成；而一种转轴主要由钢轴段与一种空心轴焊接而成，其内部填满绝热材料。X构件的直径和高度以及圆饼直径都等于空心轴内径。现有空心轴单位截面积的弯曲强度低，而实心转轴的轴向热阻小。一种空心轴在其内紧密设置X构件，其底部侧面与空心轴内壁连接。最好圆饼再和X构件交叉紧密设置，圆饼侧面与空心轴内壁连接。这样在通过空心轴轴线的任一剖面中，空心轴、X构件和圆饼一起构成相互支承和交叉的力学结构，故一种空心轴能显著增加弯曲强度，而一种转轴能明显增大轴向热阻。

Description

一种空心轴和一种转轴

所属技术领域

本发明涉及两种轴，尤其是能显著增加弯曲强度和轴向热阻的一种空心轴和一种转轴。

背景技术

目前，现有的空心轴比相同弯曲强度的实心轴质量虽减小了，但其整个截面面积却增加许多，也即其单位截面面积的弯曲强度降低了许多。

图1是现有热风机和高温炉窑的实心转轴架设示意图。钢实心转轴1架设在两个支承轴承2上，其向保温壁3右侧的高温区传递动力的同时而热量通过实心转轴1由高温区向保温壁3左侧的常温区传导。这样，一是造成热量流失；二是两个支承轴承2，尤其是近保温壁3的支承轴承2需要强制风冷，或者实心转轴1的常温区部分需要循环水冷。即便如此，近保温壁3的支承轴承2也容易热损坏。为了提高轴向热阻，实心转轴1也有用导热系数比钢低的不锈钢做的，但高温区温度在300℃以上时其轴向热阻效果并不理想。

发明内容

为了克服现有的空心轴单位截面面积的弯曲强度低和现有的热风机、高温炉窑实心转轴的轴向热阻小的不足，本发明提供一种空心轴和一种转轴，一种空心轴能显著增加弯曲强度，而一种转轴能明显增加轴向热阻。

本发明解决其技术问题，对于一种空心轴所采用的技术方案是：

一种空心轴，由空心轴、X构件或者连同圆饼构成，它们同为金属或非金属的。X构件呈沙漏形，其中心轴剖面呈“X”形。X构件和圆饼的直径都等于空心轴内径，X构件高度最好也等于空心轴内径。一种空心轴分两类结构：第一类由空心轴以及其内紧密排列的X构件构成；第二类由空心轴以及其内交叉紧密排列的X构件和至少一个而至多比X构件多一个圆饼构成。所述紧密排列指X构件间或其和圆饼间的相邻底面自生在一起或紧密接触。

当上述两类结构由3D打印机一次打印成时，相邻X构件间、X构件和相邻圆饼间以及X结构、圆饼和空心轴内壁间，都自生在一起。

当空心轴、X构件和圆饼为单独的组装件时，应在上述第一类结构中的X构件底面或者第二类结构中圆饼两底面间的中间平面以及跟圆饼底面不相邻的X构件底面与空心轴外壁的相交圆上，均布且垂直于空心轴轴线钻通N(N≥5，N最好为奇数)个焊孔。相邻两圈焊孔在空心轴轴线的垂直平面上的2N个投影圆上均布。焊孔中心线在所述中间平面上的焊孔直径大于圆饼厚度而不大于2倍X构件底部的侧面高度与圆饼厚度之和，而焊孔中心线在X构件底面上的焊孔直径不大于2倍X构件底部的侧面高度。最后，焊孔满焊后而将X构件两底部和圆饼的侧面与空心轴内壁焊接在一起。

这样，在通过空心轴轴线的任一剖面中，空心轴、X构件或者连同圆饼一起构成相互支承和交叉的力学结构，故一种空心轴能显著地增加弯曲强度。也即在要求的弯曲强度一定时，一种空心轴比现有的空心轴能显著地减小质量和体积，适合永恒追求质量轻体积小的航空航天。

而对于一种转轴所采用的技术方案是：

一种转轴整体上由钢轴段与上述一种空心轴连接而成。一种转轴主要由钢轴段、空心轴、X构件和圆饼构成。X构件、圆饼和钢轴段连接端的直径都等于空心轴内径，X构件高度最好也等于空心轴内径。空心轴、X构件和圆饼是用比钢导热系数小的金属材料做的，金属材料最好选用耐高温的不锈钢。首先，将空心轴的一端套在钢轴段连接端，空心轴所套端的端面和钢轴段焊接在一起。焊接处钢轴段侧的钢轴段直径，不小于空心轴内径而不大于空心轴外径，最好等于空心轴的内径或外径。按X构件、圆饼的先后顺序将它们成对置入空心轴，X构件和圆饼交叉紧密排列，也即相邻的连接端端面、X构件底面和圆饼底面之间紧密接触。同时，空心轴内置入X构件和圆饼后的空间填满耐高温的绝热材料，而进一步增加轴向热阻。

然后，在每个圆饼两底面间的中间平面、连接端端平面与空心轴外壁所交的相交圆上，均布且垂直于空心轴轴线钻通N(N≥5，N最好为奇数)个焊孔。相邻两圈焊孔在空心轴轴线的垂直平面上的2N个投影圆上均布。焊孔中心线在所述中间平面上的焊孔直径大于圆饼厚度而不大于2倍X构件底部的侧面高度与圆饼厚度之和，焊孔中心线在连接端端平面上的焊孔直径不大于2倍X结构底部的侧面高度。最后，焊孔满焊后而将钢轴段、空心轴、X构件和圆饼焊接在一起。

使用时，一种转轴的两个支承轴承置于钢轴段，其空心轴段置于热风机、高温炉窑的保温壁处。这样，一种转轴除能满足要求的弯曲强度外，因空心轴段的轴向热阻比较大，故可不再需要强制风冷或循环水冷降温。

本发明的有益效果是：一种空心轴能显著增加弯曲强度，质轻体小而适合航空航天；而一种转轴能明显增加轴向热阻，即节能又不再需要强制风冷或循环水冷降温。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有热风机和高温炉窑的实心转轴架设示意图。

图2是一种空心轴的第一个实施例的局部中心剖视图。

图3是一种空心轴的第二个实施例的局部中心剖视图。

图4是一种空心轴的第三个实施例的局部中心剖视图。

图5是一种转轴的实施例的局部中心剖视图。

图中，1.实心转轴，2.支承轴承，3.保温壁，4.空心轴，5.X构件，6.圆饼，7.焊孔，8.绝热材料，9.钢轴段，10.连接端，11.焊缝。

具体实施方式

在图1中，保温壁3的左侧为常温区，其右侧为热风机的热风通道或高温炉窑内的高温区。

在图2中，空心轴4内X构件5沿轴向紧密排列。X构件5的直径和高度都等于空心轴4内径。空心轴4和X构件5是由3D打印机用非金属或者金属材料打印出来的，相邻X构件5间以及X构件5与空心轴4内壁间都自生在一起。

在图3中，空心轴4内X构件5和圆饼6沿轴向交叉紧密排列，圆饼6比X构件5多一个。X构件5的直径和高度以及圆饼6直径都等于空心轴4内径。空心轴4、X构件5和圆饼6是由3D打印机用非金属或者金属材料打印出来的，X构件5和与之相邻的圆饼6间以及X构件5、圆饼6与空心轴4内壁间都自生在一起。

在图4中，空心轴4、X构件5和圆饼6为单独的组装件，空心轴4内X构件5和圆饼6交叉紧密排列，圆饼6比X构件5多一个。X构件5的直径和高度以及圆饼6直径都等于空心轴4内径。空心轴4、X构件5和圆饼6是用金属材料做的。在每个圆饼6两底面间的中间平面与空心轴4外壁所交的相交圆上，均布且垂直于空心轴4轴线钻通N(N≥5，N为奇数)个焊孔7。焊孔7直径等于2倍X构件5底部的侧面高度与圆饼6厚度之和。相邻两圈焊孔7在空心轴4轴线的垂直平面上的2N个投影圆上均布。最后，焊孔7满焊后而将空心轴4、X构件5和圆饼6焊接成一体。

在图5中，一种转轴包括：钢轴段9、空心轴4、X构件5和圆饼6。X构件5的直径和高度以及圆饼6和连接端10的直径都等于空心轴4内径。空心轴4、X构件5和圆饼6是用耐高温的不锈钢做的。首先，将空心轴4一端套在钢轴段9的连接端10上，空心轴4所套端的端面和钢轴段9在焊缝11处焊接在一起。焊缝11处钢轴段9侧的钢轴段9直径等于空心轴4外径。按X构件5、圆饼6的先后顺序将它们成对置入空心轴4，X构件5和圆饼6交叉紧密排列。同时，将空心轴4内置入X构件5和圆饼6后的空间填满耐高温的绝热材料8。

然后，在每个圆饼6两底面间的中间平面以及连接端10的端平面与空心轴4外壁所交的相交圆上，均布且垂直于空心轴4轴线钻通N(N≥5，N为奇数)个焊孔7。焊孔7中心线在中间平面上的焊孔7直径等于2倍X构件5底部的侧面高度与圆饼6厚度之和。焊孔7中心线在连接端10端平面上的焊孔7直径等于2倍X构件5底部的侧面高度。相邻两圈焊孔7在空心轴4轴线的垂直平面上的2N个投影圆上均布。最后，焊孔7满焊后而将钢轴段9、空心轴4、X构件5和圆饼6焊接在一起。

Claims (11)

1.一种空心轴，包括空心轴，其特征在于：还包括X构件或者连同圆饼，空心轴、X构件和圆饼同为金属或非金属的，X构件的轴剖面呈“X”形，X构件和圆饼的直径等于空心轴内径；

空心轴以及其内紧密排列的X构件构成第一类结构，或者空心轴以及其内交叉紧密排列的X构件和至少一个而至多比X构件多一个圆饼构成第二类结构；

当上述两类结构由3D打印机打印而成时，空心轴、X构件或者连同圆饼自生成一体；

当空心轴、X构件和圆饼为单独组装件时，在上述第一类结构中的X构件底面或者第二类结构中圆饼两底面间的中间平面及和圆饼底面不相邻的X构件底面与空心轴外壁的相交圆上，均布且垂直于空心轴轴线钻通N(N≥5)个焊孔，相邻两圈焊孔在空心轴轴线的垂直平面上的2N个投影圆上均布；焊孔中心线在所述中间平面上的焊孔直径大于圆饼厚度而不大于2倍X构件底部的侧面高度与圆饼厚度之和，焊孔中心线在X构件底面上的焊孔直径不大于2倍X构件底部的侧面高度；焊孔满焊。

2.根据权利要求1所述的一种空心轴，其特征是：X构件高度等于空心轴内径。

3.根据权利要求1所述的一种空心轴，其特征是：圆饼比X构件多一个。

4.根据权利要求1所述的一种空心轴，其特征是：焊孔中心线在所述中间平面上的焊孔直径等于2倍X构件底部的侧面高度与圆饼厚度之和，焊孔中心线在连接端端平面上的焊孔直径等于2倍X构件底部的侧面高度。

5.根据权利要求1所述的一种空心轴，其特征是：N为奇数。

6.一种转轴，包括钢轴段，其特征在于：还包括空心轴、X构件和圆饼，X构件的轴剖面呈“X”形，X构件、圆饼和钢轴段连接端的直径等于空心轴内径，空心轴、X构件和圆饼是用比钢导热系数小的金属材料做的；

空心轴的一端套在钢轴段连接端，空心轴所套端的端面和钢轴段焊接在一起，焊接处钢轴段侧的钢轴段直径不小于空心轴内径而不大于空心轴外径；按X构件、圆饼的先后顺序将它们成对紧密置入空心轴，空心轴内置入X构件和圆饼后的空间填满绝热材料；

在圆饼两底面间的中间平面和连接端端平面与空心轴外壁的相交圆上，均布且垂直于空心轴轴线钻通N(N≥5)个焊孔，相邻两圈焊孔在空心轴轴线的垂直平面上的2N个投影圆上均布；焊孔中心线在所述中间平面上的焊孔直径大于圆饼厚度而不大于2倍X构件底部的侧面高度与圆饼厚度之和，焊孔中心线在连接端端平面上的焊孔直径不大于2倍X构件底部的侧面高度；焊孔满焊。

7.根据权利要求6所述的一种转轴，其特征是：X构件高度等于空心轴内径。

8.根据权利要求6所述的一种转轴，其特征是：金属材料为不锈钢。

9.根据权利要求6所述的一种转轴，其特征是：焊接处钢轴段侧的钢轴段直径等于空心轴外径或内径。

10.根据权利要求6所述的一种转轴，其特征是：焊孔中心线在所述中间平面上的焊孔直径等于2倍X构件底部的侧面高度与圆饼厚度之和，焊孔中心线在连接端端平面上的焊孔直径等于2倍X构件底部的侧面高度。

11.根据权利要求6所述的一种转轴，其特征是：N为奇数。