CN115405637A - 十字轴式万向联轴器用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轴式万向联轴器用十字包，包括十字轴和轴承，十字轴包括四个轴头，轴承包括四个，四个轴承分别套装在四个轴头上，轴承包括轴承外圈和扁形滚子，轴承外圈套装在轴头外部，扁形滚子设置在轴承外圈与轴头之间，扁形滚子包括位于中间的圆柱段、以及对称分布在圆柱段两侧的第一柱段和第二柱段，第一柱段和第二柱段与圆柱段相对的外侧面均为圆弧状，且第一柱段的圆弧状外侧面与第二柱段的圆弧状外侧面位于同一个圆柱面上，轴承外圈与轴头之间的相邻的扁形滚子以圆柱段的外侧圆柱面相切，第一柱段的圆弧状外侧面与轴承外圈的内侧壁相切，第二柱段的圆弧状外侧面与轴头的外侧壁相切。本发明的十字包具有更高的承载能力和使用寿命。

Description

十字轴式万向联轴器用十字包及十字轴式万向联轴器

技术领域

本发明涉及联轴器技术领域，尤其涉及一种十字轴式万向联轴器用十字包及十字轴式万向联轴器。

背景技术

十字轴式万向联轴器广泛应用在轧制机械、起重运输机械、矿山机械以及其他机械，是传递运动和转矩的重要传动部件。目前使用的十字轴式万向联轴器主要有如附图1所示的SWP型剖分轴承座十字轴式万向联轴器和如附图2所示的SWC型整体叉头十字轴式万向联轴器，十字轴式万向联轴器主要包括四个叉头、两个十字包和中间轴，十字轴式万向联轴器的布置型式主要有如附图3所示的W型布置型式和如附图4所示的Z型布置型式，其中，α表示十字轴式万向联轴器的轴线折角。

十字包是十字轴式万向联轴器的核心关键部件，其基本额定动、静承载性能和制造质量直接决定十字轴式万向联轴器的公称转矩和使用寿命。如附图5-6所示，现有的十字轴式万向联轴器的十字包主要包括十字轴、轴承和轴承端盖，十字轴包括四个轴头，四个轴头两两同轴设置，且同轴的轴头直径相等，轴承包括四个，四个轴承分别套装在四个轴头上，轴承包括轴承外圈和圆柱滚子，轴承外圈套装在轴头外部，圆柱滚子设置在轴承外圈与轴头之间，沿轴头周向布置，每个圆柱滚子的圆柱面分别与轴承外圈的内侧和轴头的外侧相切，相邻的圆柱滚子呈相切关系。

十字轴式万向联轴器在工作时，轴承外圈固定在叉头中不转动，十字轴轴头转动，当十字轴式万向联轴器以轴线折角α转动时，十字轴轴头以±α角度往复转动，圆柱滚子与轴承外圈内径和十字轴轴头往复纯滚动。如附图7所示，在十字轴式万向联轴器传递转矩时，外加转矩载荷由叉头通过十字包的轴承施加到十字轴的一个同心轴两端，在两端形成均布载荷q，两段均布载荷中心距离为H，均布载荷q和载荷中心距离H形成力偶值，传递到十字轴的另一个同心轴，并以同等大小力偶值通过轴承传递到另一个叉头，转矩经过与另一个叉头的中间轴传递到中间轴另一端连接的叉头，并以同样传递方法，再通过轴承和十字轴传递到下一个叉头，完成转矩的传递。

根据现有的十字轴式万向联轴器的结构及工作原理，由于十字轴式万向联轴器的十字包中，轴承滚子为圆柱滚子，十字轴式万向联轴器工作有轴线折角时，滚子运动的特征是正反摆动，当轴承外圈内径和十字轴外径确定时，圆柱滚子的直径和分布圆也确定，此时轴承外圈与十字轴之间布置的滚子数量为定数，其基本额定动承载性能和静承载性能为定值，相应的十字轴式万向联轴器的公称转矩和使用寿命也为定值，导致十字轴式万向联轴器的使用具有一定的局限性，当使用工况要求更高动承载性能、静承载性能和寿命时，其无法满足使用需求。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种十字轴式万向联轴器用十字包及十字轴式万向联轴器。

本发明的技术方案如下：

第一方面，提供了一种十字轴式万向联轴器用十字包，包括十字轴和轴承，所述十字轴包括四个轴头，所述轴承包括四个，四个所述轴承分别套装在四个所述轴头上，所述轴承包括轴承外圈和扁形滚子，所述轴承外圈套装在所述轴头外部，所述扁形滚子设置在所述轴承外圈与所述轴头之间，所述扁形滚子包括位于中间的圆柱段、以及沿所述圆柱段的径向中心线对称分布在所述圆柱段两侧的第一柱段和第二柱段，所述第一柱段和所述第二柱段与所述圆柱段相对的外侧面均为圆弧状，所述第一柱段的圆弧状外侧面与所述第二柱段的圆弧状外侧面位于同一个圆柱面上，且所述圆柱面与所述圆柱段的外侧圆柱面同轴，所述轴承外圈与所述轴头之间的相邻的所述扁形滚子以所述圆柱段的外侧圆柱面相切，所述第一柱段的圆弧状外侧面与所述轴承外圈的内侧壁相切，所述第二柱段的圆弧状外侧面与所述轴头的外侧壁相切。

在一些可能的实现方式中，所述第一柱段和所述第二柱段具有相同的结构。

在一些可能的实现方式中，所述第一柱段与所述圆柱段连接的两个侧面均为平面，所述第二柱段与所述圆柱段连接的两个侧面均为平面，所述第一柱段的一个平面与所述第二柱段的一个平面位于同一个面上，所述第一柱段的另一个平面与所述第二柱段的另一个平面位于同一个面上。

在一些可能的实现方式中，所述第一柱段和所述第二柱段的圆弧状外侧面对应的弧长满足以下公式：

180δ/(πR)+180δ/(πr)≥α₀

其中，δ表示所述第一柱段和所述第二柱段的圆弧状外侧面对应的弧长，R表示所述轴承外圈的内孔半径，r表示所述轴头的半径，α₀表示十字轴式万向联轴器工作时的最大轴线折角。

在一些可能的实现方式中，所述第一柱段和所述第二柱段的圆弧状外侧面对应的弧长进一步满足以下公式：

180δ/(πR)+180δ/(πr)＞α₀。

在一些可能的实现方式中，还包括轴承端盖，所述轴承端盖设置在所述轴承外圈远离所述十字轴的一端。

在一些可能的实现方式中，还包括油封，所述油封设置在所述轴承外圈靠近所述十字轴的另一端与所述十字轴的外侧壁之间。

第二方面，还提供了一种十字轴式万向联轴器，所述十字轴式万向联轴器包括上述的十字轴式万向联轴器用十字包。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的十字轴式万向联轴器用十字包的扁形滚子数量可以根据实际需求进行调整，能够实现十字包的额定动承载性能和静承载性能的调整，在十字包的结构、尺寸和材质性能完全相同的情况下，轴承外圈与十字轴轴头间可以布置更多数量的滚子，能够显著提高十字包的承载能力和使用寿命；并且，由于扁形滚子与轴承外圈和十字轴轴头间的间隙容积在工作中不断的变化，能够促进润滑脂的流动，使润滑更加充分。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为示例提供的一种现有的SWP型剖分轴承座十字轴式万向联轴器的结构示意图；

图2为示例提供的一种现有的SWC型整体叉头十字轴式万向联轴器的结构示意图；

图3为示例提供的一种十字轴式万向联轴器布置型式示意图；

图4为示例提供的另一种十字轴式万向联轴器布置型式示意图；

图5为示例提供的一种现有的十字包的结构示意图；

图6为图5的A-A向剖视图；

图7为示例提供的一种十字轴式万向联轴器在工作时十字轴的载荷分布示意图；

图8为本发明一实施例的一种十字轴式万向联轴器用十字包的结构示意图；

图9为图8的B-B向剖视图；

图10为本发明一实施例的一种扁形滚子的结构示意图；

图11为本发明一实施例的一种十字轴式万向联轴器用十字包在另一个工作状态下的结构示意图；

图12为图11中的I区域的放大视图。

附图标记说明：

1-十字轴；

2-轴承，21-轴承外圈，22-扁形滚子，221-第一柱段，222-圆柱段，223-第二柱段；

3-轴承端盖。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

参见图8-10，本发明一实施例提供了一种十字轴式万向联轴器用十字包，包括十字轴1和轴承2，十字轴1包括四个轴头，四个轴头两两同轴设置，且同轴的轴头直径相等，轴承2包括四个，四个轴承2分别套装在四个轴头上，轴承2包括轴承外圈21和扁形滚子22，轴承外圈21套装在轴头外部，扁形滚子22设置在轴承外圈21与轴头之间，扁形滚子22包括位于中间的圆柱段222、以及沿圆柱段222的径向中心线对称分布在圆柱段222两侧的第一柱段221和第二柱段223，第一柱段221和第二柱段223与圆柱段222相对的外侧面均为圆弧状，第一柱段221的圆弧状外侧面与第二柱段223的圆弧状外侧面位于同一个圆柱面上，且该圆柱面与圆柱段222的外侧圆柱面同轴，轴承外圈21与轴头之间的相邻的扁形滚子22以圆柱段222的外侧圆柱面相切，第一柱段221的圆弧状外侧面与轴承外圈21的内侧壁相切，第二柱段223的圆弧状外侧面与轴头的外侧壁相切。

本发明一实施例提供的十字轴式万向联轴器用十字包在使用时，轴承外圈21与十字轴式万向联轴器的叉头固定连接，十字包在工作时，轴承外圈21固定在叉头中不转动，十字轴1轴头转动，当十字轴式万向联轴器以轴线折角α转动时，十字轴1轴头以±α角度往复转动，轴承外圈21与十字轴1轴头之间的扁形滚子22与轴承外圈21内径和十字轴1轴头往复纯滚动。在十字轴式万向联轴器传递转矩时，外加转矩载荷由叉头依次通过十字包的轴承外圈21和扁形滚子22施加到十字轴1的一个同心轴两端，在两端形成均布载荷，均布载荷和两段均布载荷中心距离形成力偶值，传递到十字轴1的另一个同心轴，并以同等大小力偶值依次通过扁形滚子22和轴承外圈21传递到另一个叉头，转矩经过与另一个叉头的中间轴传递到中间轴另一端连接的叉头，并以同样传递方法，再通过轴承2和十字轴1传递到下一个叉头，完成转矩的传递。

本发明一实施例提供的十字轴式万向联轴器用十字包中，扁形滚子22设置在轴承外圈21与轴头之间，沿轴头周向布置，由于相邻扁形滚子22以圆柱段222的外侧圆柱面相切，第一柱段221的圆弧状外侧面与轴承外圈21的内侧壁相切，第二柱段223的圆弧状外侧面与轴头的外侧壁相切，圆柱段222的外侧圆柱面与第一柱段221和第二柱段223的圆弧状外侧面所处的圆柱面可以为不同的圆柱面。第一柱段221和第二柱段223的圆弧状外侧面所处的圆柱面的直径由轴承外圈21的内孔内径和十字轴1的轴头外径决定，当轴承外圈21的内孔内径和十字轴1的轴头外径确定时，第一柱段221和第二柱段223的圆弧状外侧面所处的圆柱面的直径也确定，但圆柱段222的外侧圆柱面的直径可以根据需求自行调整。当圆柱段222的外侧圆柱面的直径较小时，轴承外圈21与轴头之间布置的扁形滚子22数量较多，对应的十字包的承载能力和使用寿命较高；当圆柱段222的外侧圆柱面的直径较大时，轴承外圈21与轴头之间布置的扁形滚子22数量较少，对应的十字包的承载能力和使用寿命较低。

进一步地，为了便于扁形滚子22的加工制备和装配，本发明一实施例中，第一柱段221和第二柱段223具有相同的结构。

进一步地，参见图10，本发明一实施例中，第一柱段221与圆柱段222连接的两个侧面均为平面，第二柱段223与圆柱段222连接的两个侧面均为平面，第一柱段221的一个平面与第二柱段223的一个平面位于同一个面上，第一柱段221的另一个平面与第二柱段223的另一个平面位于同一个面上。

通过采用上述的第一柱段221和第二柱段223的结构，能够在提高圆柱段222对应的直径的可选择范围的情况下，尽可能地保证第一柱段221和第二柱段223的结构强度。

参见图11-12，当十字轴1轴头单方向顺时针转动α角度时，扁形滚子22与轴承外圈21内径和十字轴1轴头相切并滚动，十字轴1轴头转动α角度后，轴承外圈21、扁形滚子22和十字轴1轴头位置关系如图11-12所示，其中，a、b点分别为扁形滚子22的第一柱段221和第二柱段223与轴承外圈21和十字轴1轴头转动后的切点，d点因轴承外圈21不旋转而静止不动，g点为十字轴1轴头的转动起始点，c、f点分别为扁形滚子22的第一柱段221和第二柱段223的滚动起始点，即圆弧状外侧面中心。根据轴承纯滚动理论条件，轴承外圈21内径上的ad弧长等于扁形滚子22的第一柱段221上的ac弧长，扁形滚子22的第二柱段223上的bf弧长等于十字轴1轴头圆柱面上的bg弧长，ac弧长等于bf弧长；扁形滚子22与轴承外圈21的切点a、扁形滚子22与十字轴1轴头的切点b、扁形滚子22中心和十字轴1轴头中心在同一条线№1上，№1线与中心线的夹角为α1；g点与十字轴1轴头中心的连线为№2线，№2线与№1线的夹角为α2，№2线与中心线的夹角为α，则α＝α1+α2。

根据上述分析，本发明一实施例中，为了保证在十字包转动过程中，第一柱段221和第二柱段223能够与轴承外圈21和十字轴1轴头保持相切关系，第一柱段221和第二柱段223的圆弧状外侧面对应的弧长需要满足以下公式：

180δ/(πR)+180δ/(πr)≥α₀

其中，δ表示第一柱段221或第二柱段223的圆弧状外侧面对应的弧长，R表示轴承外圈21的内孔半径，r表示轴头的半径，α₀表示十字轴式万向联轴器工作时的最大轴线折角。

进一步地，为了避免第一柱段221和第二柱段223与轴承外圈21和十字轴1轴头出现棱边接触的情况，保证轴承2的承载稳定性，第一柱段221和第二柱段223的圆弧状外侧面对应的弧长进一步满足以下公式：

180δ/(πR)+180δ/(πr)＞α₀。

进一步地，本发明一实施例中，圆柱段222对应的直径小于第一柱段221和第二柱段223的圆弧状外侧面所处的圆柱面的直径，圆柱段222对应的直径可以根据实际需求的十字包轴承的额定静载荷、额定动载荷和使用寿命进行确定。

具体地，在实际应用中，十字包轴承的额定静载荷、额定动载荷和使用寿命可以分别利用以下公式计算：

C₀＝f₀·i·z·d·L_w

C＝f_c·(i·L_w)^7/9·z^3/4·d^29/27

L_h＝1.5×10⁷/(n·α)·[(C·L)/T_d]^10/3

其中，C₀表示额定静载荷，f₀表示与滚子直径、十字轴轴头直径和许用接触应力有关的系数，i表示滚子的列数，z表示滚子的数量，d表示滚子直径，L_w表示单个滚子的接触长度，C表示额定动载荷，f_c表示动载荷承载能力系数，L_h表示使用寿命，n表示十字轴式万向联轴器工作转速，α表示十字轴式万向联轴器工作时的轴线折角，L表示轴承受力中心到十字轴中心的距离，T_d表示十字轴式万向联轴器工作转矩。

其中，对应于本发明一实施例提供的扁形滚子22，滚子直径即为第一柱段221的圆弧状外侧面与第二柱段223的圆弧状外侧面所处的圆柱面对应的直径。

同时，在确定圆柱段222对应的直径时，直径不能过小，以保证在十字包在转动时，扁形滚子22的圆柱段222不会与相邻的扁形滚子22的第一柱段221和第二柱段223发生干涉。

进一步地，本发明一实施例中，该十字轴式万向联轴器用十字包还包括轴承端盖3，轴承端盖3设置在轴承外圈21远离十字轴1的一端。

其中，轴承外圈21可以通过轴承端盖3与十字轴式万向联轴器的叉头连接。

进一步地，本发明一实施例中，该十字轴式万向联轴器用十字包还包括油封，油封设置在轴承外圈21靠近十字轴1的另一端与十字轴1的外侧壁之间。

另一方面，本发明一实施例还提供了一种十字轴式万向联轴器，该十字轴式万向联轴器包括上述的十字包。

以下结合具体示例对本发明一实施例提供的十字轴式万向联轴器用十字包的有益效果进行说明：

在现有的某种十字轴式万向联轴器用十字包中，轴承外圈21的内孔半径R＝37.19mm，十字轴1轴头的半径r＝29.19mm，当采用现有的圆柱滚子时，圆柱滚子的数量为定数，数量z_x＝26。而当十字轴式万向联轴器工作时的轴线折角为7.11°时，采用本发明一实施例提供的扁形滚子22时，滚子的数量最大可以设置为34，此时，十字包单个轴承的额定静载荷和额定动载荷分别是采用圆柱滚子时的34/26＝1.3倍和(34/26)^3/4＝1.217倍，十字包轴承的使用寿命分别是采用圆柱滚子时的(34^3/4/26^3/4)^10/3＝1.222^10/3＝1.9555倍。

可见，相比于现有的十字轴式万向联轴器用十字包，本发明一实施例提供的十字轴式万向联轴器用十字包的滚子数量可以根据实际需求进行调整，能够实现十字包的额定动承载性能和静承载性能的调整，在十字包的结构、尺寸和材质性能完全相同的情况下，轴承外圈与十字轴轴头间可以布置更多数量的滚子，能够显著提高十字包的承载能力和使用寿命；并且，由于扁形滚子与轴承外圈和十字轴轴头间的间隙容积在工作中不断的变化，能够促进润滑脂的流动，使润滑更加充分。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种十字轴式万向联轴器用十字包，包括十字轴和轴承，所述十字轴包括四个轴头，所述轴承包括四个，四个所述轴承分别套装在四个所述轴头上，其特征在于，所述轴承包括轴承外圈和扁形滚子，所述轴承外圈套装在所述轴头外部，所述扁形滚子设置在所述轴承外圈与所述轴头之间，所述扁形滚子包括位于中间的圆柱段、以及沿所述圆柱段的径向中心线对称分布在所述圆柱段两侧的第一柱段和第二柱段，所述第一柱段和所述第二柱段与所述圆柱段相对的外侧面均为圆弧状，所述第一柱段的圆弧状外侧面与所述第二柱段的圆弧状外侧面位于同一个圆柱面上，且所述圆柱面与所述圆柱段的外侧圆柱面同轴，所述轴承外圈与所述轴头之间的相邻的所述扁形滚子以所述圆柱段的外侧圆柱面相切，所述第一柱段的圆弧状外侧面与所述轴承外圈的内侧壁相切，所述第二柱段的圆弧状外侧面与所述轴头的外侧壁相切。

2.根据权利要求1所述的十字轴式万向联轴器用十字包，其特征在于，所述第一柱段和所述第二柱段具有相同的结构。

3.根据权利要求1或2所述的十字轴式万向联轴器用十字包，其特征在于，所述第一柱段与所述圆柱段连接的两个侧面均为平面，所述第二柱段与所述圆柱段连接的两个侧面均为平面，所述第一柱段的一个平面与所述第二柱段的一个平面位于同一个面上，所述第一柱段的另一个平面与所述第二柱段的另一个平面位于同一个面上。

4.根据权利要求2所述的十字轴式万向联轴器用十字包，其特征在于，所述第一柱段和所述第二柱段的圆弧状外侧面对应的弧长满足以下公式：

180δ/(πR)+180δ/(πr)≥α₀

其中，δ表示所述第一柱段和所述第二柱段的圆弧状外侧面对应的弧长，R表示所述轴承外圈的内孔半径，r表示所述轴头的半径，α₀表示十字轴式万向联轴器工作时的最大轴线折角。

5.根据权利要求4所述的十字轴式万向联轴器用十字包，其特征在于，所述第一柱段和所述第二柱段的圆弧状外侧面对应的弧长进一步满足以下公式：

180δ/(πR)+180δ/(πr)＞α₀。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的十字轴式万向联轴器用十字包，其特征在于，还包括轴承端盖，所述轴承端盖设置在所述轴承外圈远离所述十字轴的一端。

7.根据权利要求6所述的十字轴式万向联轴器用十字包，其特征在于，还包括油封，所述油封设置在所述轴承外圈靠近所述十字轴的另一端与所述十字轴的外侧壁之间。

8.一种十字轴式万向联轴器，其特征在于，所述十字轴式万向联轴器包括如权利要求1-7中任一项所述的十字包。

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