CN104948572A - 关节球轴承及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种关节球轴承及其加工方法，属于球轴承领域。其包括关节头、关节窝和基座，所述关节窝设置在基座上，所述关节头设置在关节窝内，所述关节窝开口处设置有用于锁紧所述关节头的盖板，所述关节头远离所述关节窝的一端设置有用于连接抢修塔的安装平台，所述关节头表面和所述关节窝表面分别设置有第一防腐层和第二防腐层。该关节球轴承是在已加工完成的关节头和关节窝上进行堆焊防腐层制造而成的，首先本发明提供的关节球轴承加工方法加工出的关节球轴承能有效防止空气、雨水中的腐蚀性物质对关节头和关节窝进行腐蚀，避免因关节球轴承被腐蚀造成抢修塔倾斜甚至倒塌。

Description

关节球轴承及其加工方法

技术领域

本发明涉及球轴承领域，具体而言，涉及关节球轴承及其加工方法。

背景技术

抢修塔是一种用于输电线路发生倒塔事故后，临时恢复供电的特殊杆塔。现有抢修塔、通讯塔一般采用万向球铰将塔身和基座连在一起以适应地面的不平，而由于抢修塔及通讯塔长期暴露在露天环境中，而随着工业污染日益严重，空气、雨水中含有大量的氟化物、硫化物、氯化物等腐蚀性物质，万向球轴承会长期受雨水等的腐蚀，万向球轴承在受腐蚀后容易产生磨损和偏移，引起抢修塔、通讯塔的倾斜，极易对抢修塔、通讯塔带来倒塌的风险。

发明内容

本发明提供了一种关节球轴承及其加工方法，旨在改善上述问题。

本发明是这样实现的：

一种关节球轴承，包括关节头、关节窝和基座，所述关节窝设置在基座上，所述关节头设置在关节窝内，所述关节窝的开口端设置有用于锁紧所述关节头的盖板，所述关节头的远离所述关节窝的一端设置有用于连接抢修塔的安装平台，所述关节头表面设置有第一防腐层，所述关节窝的内壁设置有第二防腐层。

抢修塔在架设的过程中，均是采用在地面组装而后通过起吊设备拉起竖立。在竖立的过程中，先在地面固定基座和关节窝，并将关节头上设置的安装平台与抢修塔底部进行固定连接，而后将起吊设备将安装了关节头的抢修塔置于关节窝处，缓慢竖起抢修塔，这时关节头进入关节窝中，由于关节头和关节窝均为圆弧面，阻力较小，抢修塔竖立非常方便。

待抢修塔竖立起来后，使用盖板将关节头锁紧在关节窝中，此时抢修塔保持竖直。由于关节头表面和关节窝表面设置有防腐层，即使长期与空气、雨水中的腐蚀性物质接触，关节头表面和关节窝表面均不容易出现腐蚀现象，能有效的保证抢修塔的安全使用。

进一步地，所述第一防腐层和所述第二防腐层均采用硬质合金材料制成。

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。其具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。

硬质合金优良的耐腐蚀性能能有效的对关节头和关节窝进行防护，防止关节头和关节窝发生磨损，造成抢修塔倾倒的严重事故。同时，在遇有大风等恶劣天气时，抢修塔塔身可能会出现轻微的摇晃现象，由于抢修塔本身重量非常大，关节头和关节窝之间会产生很大的摩擦力，而硬质合金本身具有的优良耐磨性能能避免关节头和关节窝之间因相对摩擦而磨损。

进一步地，所述第一防腐层由3Cr₂W₈材料制成，所述第一防腐层厚度≥3mm。

3Cr₂W₈是一种合金工具钢，其拥有良好的耐磨耐腐蚀性能。同时3Cr₂W₈加工性能好，采用它作为防腐层材料，加工方便，能有效的提高加工效率。

第一防腐层还可以采用如3Cr₃Mo₃W₂V，4Cr₃Mo₃SiV，5Cr₄W₅Mo₂V，5Cr₄Mo₃SiMnVAl、不锈钢等材料制成。

防腐层的厚度越厚，防腐蚀和耐磨的性能更好，同时第一防腐层和第二防腐层需要保证一定的厚度才能保证防腐蚀性能，但厚度过厚又会增加加工制造的成本，因此防腐层厚度的选择需要综合考虑抢修塔的安装位置的气候、环境因素以及防腐材料本身的性质等因素，另外还须考虑降雨量、地质等因素。

进一步地，所述第二防腐层由不锈钢材料制成，所述第二防腐层厚度≥2mm。

第二防腐层的位置是在凹陷的关节窝中，由于空间限制，其焊接操作较关节头不便，因此采用更方便操作的不锈钢材料制成，不锈钢材料本身既具有优良的耐磨耐腐蚀性能，其种类有很多，比如说308不锈钢焊丝、铬不锈钢焊条等。

进一步地，所述第一防腐层堆焊在所述关节头表面，所述第一防腐层的纵切面为扇形，所述扇形的圆心角为190°～210°，所述第二防腐层堆焊在所述关节窝的内壁上。

堆焊是一种用电焊或气焊法把金属熔化后，堆在工具或机器零件上的焊接方法。是一种用于材料表面改性的经济、快速的工艺方法。采用堆焊工艺制成第一防腐层，不仅加工出的防腐层均匀，同时加工成本也能得到有效的下降。关节窝采用同关节头相同的堆焊技术设置第二防腐层。

关节头表面并不是完全设置有第一防腐层的，而是将第一防腐层设置在关节头与关节窝以及盖板接触的部分上，从关节头的纵切面看，第一防腐层呈扇形分布，该扇形的圆心角可根据盖板和关节窝的尺寸变化。

进一步地，所述盖板包括两块半环形盖板，所述半环形盖板具有一与所述关节头的表面配合的弧形面，所述半环形盖板通过螺栓固定在关节窝上，两块所述半环形盖板扣合成圆环状。

盖板用于将竖起后的抢修塔固定在整个关节球轴承上，盖板可以设置成多种多样的结构或样式，盖板在设计时应能够方便的拆卸和安装以利于抢修塔的拆卸和架设。本技术方案中，盖板由两块半环形盖板组成，架设抢修塔时，将关节头置于关节窝中，而后将半环形盖板从关节头的两侧将关节头卡住，此时，弧形面与关节头表面紧密贴合，最后用螺栓将半环形盖板固定在关节窝上。需要说明的是，盖板也可以设置成更多块单独的小盖板的形式。

本发明还提供了一种关节球轴承的加工方法，其是这样实现的：

一种关节球轴承的加工方法，包括以下步骤：

加工步骤：按设计尺寸分别加工出关节头、关节窝和盖板；

增设防腐层步骤：继续对关节头进行加工，使加工后的关节头的半径比加工前的关节头的半径减小至少3mm，而后在关节头表面设置防腐层；

继续对关节窝内壁进行加工，使加工后的关节窝的半径比加工前的关节窝的半径增加至少2mm，而后在关节窝内壁设置防腐层，所述防腐层均由硬质合金材料制成。

由于对抢修塔安装来说，球轴承受力且易磨损的部分是关节头和关节窝相接触的部分，本发明中关节头和关节窝上的防腐层并不是直接在加工出的关节头和关节窝上设置的，而是先将关节头和关节窝加工完成后，再继续对关节头和关节窝需要设置防腐层的部位进行加工，使关节头的半径减小一定厚度，同时关节窝的内壁半径增加一定厚度，而后将防腐材料堆焊在加工区域。也就是说防腐层并不是关节头和关节窝的全部表面均设置有的，而只是设置在两者相互接触的部分，这样设置可以节省较多材料降低成本。

经此加工方式生产的关节头和关节窝不会因为进行了加工而出现表面不圆滑的情形，整体外观仍呈圆滑的圆弧面。关节头和关节窝接触时，摩擦力小，同样能达到减小关节头和关节窝因摩擦而产生的磨损的作用。

进一步地，所述增设防腐层步骤中，防腐层经堆焊方式设置在关节头表面和关节窝表面上。

进一步地，在经过所述增设防腐层步骤后进行检查步骤，所述检查步骤为：检查防腐层加工缺陷。

在堆焊防腐层的过程中，可以会出现裂纹、夹渣等缺陷，这些缺陷对于关节球轴承的防腐蚀性能乃至承重都具有重大影响。因此如果在堆焊时出现较大裂纹、夹渣等严重缺陷时需要进行返工。

进一步地，所述检查步骤中，采用着色检查方法检查防腐层加工缺陷，所述加工缺陷为裂纹或夹渣。

着色检查缺陷的方法如下：首先将具有高渗透能力的有色(一般为红色)液体渗透剂浸湿或喷洒在关节头和关节窝表面上，渗透剂渗入到开口缺陷里面后，快速擦去表面渗透液层；再将易干的显示剂(也叫显像剂)喷洒到关节头和关节窝表面上，待将残留在开口缺陷中的渗透剂吸出来后，显示剂就被染色，从而可以反映出缺陷的形状、大小和分布情况，根据缺陷的危险程度决定是否需要返工。

所述增设防腐层步骤中，关节头上的防腐层由3Cr2W8材料制成，同时关节窝上的防腐层由不锈钢材料制成。

本发明的有益效果是：经本发明提供的关节球轴承加工方法加工出的关节球轴承能有效防止空气、雨水中的腐蚀性物质对关节头和关节窝进行腐蚀，避免因关节球轴承被腐蚀造成抢修塔倾斜甚至倒塌。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的关节球轴承的结构示意图；

图2是图1中半环形盖板的结构示意图；

图3是图1中关节窝的结构示意图；

图4是图1中关节头的结构示意图。

图中标记分别为：

基座101；关节窝102；关节头103；半环形盖板104；

弧形面105；第一防腐层106；第二防腐层107。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示的一种关节球轴承，包括关节头103、关节窝102和基座101，所述基座101安装在地面上，基座101整体呈圆柱状，基座101的侧壁上设置有4块加强筋，4块加强筋均匀设置在基座101的周向上，加强筋呈直角三角形，其竖直的边焊接在基座101上，在安装时，水平的边焊接在地面上，用来加强基座101固定的稳定性。

所述关节窝102设置在基座101上，关节窝102下端固定在基座101上，上端具有开口，开口下方具有一球形容腔，球形容腔内壁为光滑的球面。所述关节头103设置在关节窝102内，关节头103呈球状，关节头103与关节窝102上的球形容腔是相互配合的，安装时，关节头103设置于该球形容腔中。关节头103的上端连接有水平的支撑平台，支撑平台用于固定连接抢修塔。

关节窝102的开口端设置有用于锁紧所述关节头103的盖板，所述盖板包括两块半环形盖板104，所述半环形盖板104具有一与所述关节头103表面配合的弧形面105，关节窝102上设置有竖向的螺纹孔，半环形盖板104上也设置有与关节窝102上螺纹孔配合的螺纹孔。当关节头103安装进关节窝102后，半环形盖板104从关节头103的两侧将关节头103卡住，两块半环形盖板104扣合成圆环状，此时，弧形面105与关节头103表面紧密贴合，最后用螺栓将半环形盖板104固定在关节窝102上实现对关节头103的固定。

两块半环形盖板104扣合时呈中心开孔的圆板结构，在固定关节头103时，要完全的将关节头103固定住，需要关节头103的至少1/2以上的部分完全伸入关节窝102中，同时上方再将半环形盖板104将关节头103锁死，也就是说，半环形盖板104将关节头103锁紧时，关节头103露出的面积不能超过其体积的1/2，为了保证安全，本实施例中，关节头103漏出半环形盖板104的部分约占其体积的1/5。

需要说明的是，盖板也可以设置成3块、4块或更多块单独的小盖板的形式。也可以设置成其他的锁紧结构，只要能将关节头103牢固的固定在关节窝102上即可。比如说：可以在关节头103上和关节窝102上设置相互配合的锁扣结构，通过锁扣将两者锁合在一起。

关节头103表面和关节窝102表面分别设置有第一防腐层106和第二防腐层107。第一防腐层106和第二防腐层107可以设置在关节头103和关节窝102的全部表面上，这样虽然能进一步提高关节球轴承的防腐蚀性能，但会增加大量的制造加工成本。由于抢修塔是用于临时救急使用，其使用周期较短，因此，本实施例中，第一防腐层106和第二防腐层107分别设置在关节头103表面和关节窝102内壁以及半环形盖板104上弧形面105相接触的部分上。

具体的说，第二防腐层107设置在关节窝102的整个内壁上，而第一防腐层106的纵切面呈扇形，该扇形的圆心角可根据盖板和关节窝102的尺寸进行设置，保证关节头103与关节窝102以及半环形盖板104接触的面上均设置有第一防腐层106即可。一般而言，该圆心角在190°～210°之间，本实施例中，该扇形的圆心角为200°。此外该扇形是沿竖直面对称设置的，这样设置后，不需要将整个关节头103上均设置防腐层，制造成本大大降低，同时关节头103表面和关节窝102表面相接触的部分受到防腐层的保护，不会被空气、雨水中的腐蚀性物质腐蚀，因此不会出现磨损，这样就能始终保持抢修塔成竖直状态。

第一防腐层106和第二防腐层107均采用硬质合金材料制成。硬质合金优良的耐腐蚀性能能有效的对关节头103和关节窝102进行防护，防止关节头103和关节窝102因受腐蚀而被磨损，造成抢修塔倾倒的严重事故。同时，在遇有大风等恶劣天气时，抢修塔塔身可能会出现轻微的摇晃现象，由于抢修塔本身重量非常大，关节头103和关节窝102之间会产生很大的摩擦力，而硬质合金本身具有的优良耐磨性能能避免关节头103和关节窝102之间因相对摩擦而磨损。

第一防腐层106和第二防腐层107可以采用如3Cr₂W₈、3Cr₃Mo₃W₂V，4Cr₃Mo₃SiV，5Cr₄W₅Mo₂V，5Cr₄Mo₃SiMnVAl、不锈钢等材料制成。本实施例中，所述第一防腐层106由3Cr₂W₈材料制成，3Cr₂W₈是一种合金工具钢，其拥有良好的耐磨耐腐蚀性能。同时3Cr₂W₈加工性能好，采用它作为防腐层材料，加工方便，能有效的提高加工效率。而由于第二防腐层107设置在关节窝102内，其在进行焊接时操作比较困难，因此第二防腐层107采用更方便操作的308不锈钢焊丝材料制成。

防腐层的厚度越厚，防腐蚀和耐磨的性能更好，因此第一防腐层106和第二防腐层107需要保证一定的厚度才能保证防腐蚀性能，但厚度过厚又会增加加工制造的成本，因此防腐层厚度的选择需要综合考虑抢修塔的安装位置的气候、环境因素以及防腐材料性质等因素，重点须考虑降雨量、地质等因素。因为关节头103直接关系到抢修塔的安全，其一旦发生较大的腐蚀即会导致严重的后果，因此第一防腐层106的厚度应≥3mm，同时，虽然第二防腐层107设置在关节窝102表面，其出现轻微腐蚀并不会导致关节头103出现较大的倾斜或偏移，但第二防腐层107厚度仍需≥2mm。本实施例中，第一防腐层106和第二防腐层107的厚度分别为3mm和2mm。

具体而言，第一防腐层106和第二防腐层107是通过堆焊技术焊接在关节头103表面和关节窝102表面上的。堆焊是一种用电焊或气焊法把金属熔化后，堆在工具或机器零件上的焊接方法。是一种用于材料表面改性的经济、快速的工艺方法。采用堆焊工艺制成第一防腐层106和第二防腐层107，不仅加工出的防腐层均匀，同时加工成本也能得到有效的下降。

本实施例提供的关节球轴承是这样加工的：

由于对抢修塔安装来说，球轴承受力且易磨损的部分是关节头103和关节窝102相接触的部分，本实施例中关节头103和关节窝102上的防腐层并不是直接在加工出的关节头103和关节窝102上设置的，而是先将关节头103和关节窝102加工完成后，再将关节头103和关节窝102需要设置防腐层的部位经加工，使其薄至一定厚度，而后将防腐材料堆焊在加工区域。

具体的说，首先按关节球轴承的设计尺寸加工出完整的关节头103、关节窝102和盖板，而后将关节头103表面加工薄3mm，也就是使关节头103半径减小3mm，将关节窝102内壁表面加工薄2mm，也就是使关节窝102的半径增加2mm，关节头103和关节窝102上加工的位置位于两者相互接触的部分，其后将防腐层堆焊在该加工区域内。

如图3和图4所示，第一防腐层106占据关节头103下端约3/4的区域，当关节头103安装进入关节窝102后，第一防腐层106覆盖关节头103与关节窝102以及半环形盖板104接触的部分。第二防腐层107则覆盖在关节窝102的球形容腔的整个内壁上，这样设置不仅能够保证整个关节球轴承的防腐蚀性能，同时相对于将关节头103和关节窝102的全部表面设置防腐层可能节省较多材料，降低大量成本。

这样加工的好处在于第一防腐层106和第二防腐层107能与关节头103和关节窝102牢固的结合并形成完整的整体，即使是在抢修塔巨大的重压下，第一防腐层106和第二防腐层107也不会出现磨损或脱落的现象。这样对于抢修塔的固定以及防腐蚀都具有重要作用。

在堆焊防腐层的过程中，可以会出现裂纹、夹渣等缺陷，这些缺陷对于关节球轴承的防腐蚀性能乃至承重都具有重大影响。因此加工完防腐层后，还需对防腐层进行检查，防止防腐层上存在一些裂纹、夹渣等缺陷。

本实施例中，采用着色检查缺陷的方法。具体而言，着色检查缺陷的方法如下：首先将具有高渗透能力的有色(一般为红色)液体渗透剂浸湿或喷洒在堆焊了防腐层的关节头103表面和关节窝102表面上，如果存在缺陷，渗透剂会渗入到开口缺陷里面后，快速擦去表面渗透液层；再将易干的显示剂(也叫显像剂)喷洒到关节头103和关节窝102表面上，待将残留在开口缺陷中的渗透剂吸出来后，显示剂就被染色，从而可以反映出缺陷的形状、大小和分布情况，如果裂纹的长度、宽度较大或者危险程度较大则需要进行返工。

需要说明的是，也可以采用其他的检测缺陷的方法对防腐层进行检测，如：磁粉检测、超声波探伤等方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种关节球轴承，其特征在于，包括关节头、关节窝和基座，所述关节窝设置在基座上，所述关节头设置在关节窝内，所述关节窝的开口端设置有用于锁紧所述关节头的盖板，所述关节头的远离所述关节窝的一端设置有用于连接抢修塔的安装平台，所述关节头表面设置有第一防腐层，所述关节窝的内壁设置有第二防腐层。

2.根据权利要求1所述的关节球轴承，其特征在于，所述第一防腐层和所述第二防腐层均采用硬质合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的关节球轴承，其特征在于，所述第一防腐层由3Cr₂W₈材料制成，所述第一防腐层厚度≥3mm。

4.根据权利要求1所述的关节球轴承，其特征在于，所述第二防腐层由不锈钢材料制成，所述第二防腐层厚度≥2mm。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的关节球轴承，其特征在于，所述第一防腐层堆焊在所述关节头表面，所述第一防腐层的纵切面为扇形，所述扇形的圆心角为190°～210°，所述第二防腐层堆焊在所述关节窝的内壁上。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的关节球轴承，其特征在于，所述盖板包括两块半环形盖板，所述半环形盖板具有一与所述关节头的表面配合的弧形面，所述半环形盖板通过螺栓固定在关节窝上，两块所述半环形盖板扣合成圆环状。

7.一种关节球轴承的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

加工步骤：按设计尺寸分别加工出关节头、关节窝和盖板；

增设防腐层步骤：继续对关节头进行加工，使加工后的关节头的半径比加工前的关节头的半径减小至少3mm，而后在关节头表面设置防腐层；

继续对关节窝内壁进行加工，使加工后的关节窝的半径比加工前的关节窝的半径增加至少2mm，而后在关节窝内壁设置防腐层，所述防腐层均由硬质合金材料制成。

8.根据权利要求7所述的关节球轴承的加工方法，其特征在于，所述增设防腐层步骤中，防腐层经堆焊方式设置在关节头表面和关节窝表面上。

9.根据权利要求7或8所述的关节球轴承的加工方法，其特征在于，在经过所述增设防腐层步骤后进行检查步骤，所述检查步骤为：检查防腐层加工缺陷。

10.根据权利要求9所述的关节球轴承的加工方法，其特征在于，所述检查步骤中，采用着色检查方法检查防腐层加工缺陷，所述加工缺陷为裂纹或夹渣。