WO2014019312A1 - 销轴、转动连接结构、臂架连接结构和工程机械 - Google Patents

Abstract

一种销轴、转动连接结构、臂架连接结构和工程机械，该销轴包括空心的轴筒（10）和固定连接在轴筒（10）两端的实心的轴端（20）。该销轴能够在保证销轴的连接强度的同时降低销轴的重量，减轻工作人员的劳动强度。

Description

销轴、 转动连接结构、 臂架连接结构和工程机械 技术领域 本发明涉及机械连接件领域， 具体而言， 涉及一种销轴、 转动连接结构、 臂架连 接结构和工程机械。 背景技术 在已有的转动连接结构中， 销轴作为连接两个相对转动物体的转动连接件， 具有 广泛的应用范围， 被应用在多个领域中。 而在大型的工程机械中， 销轴很多时候用来连接两个较大的节臂， 或者连接节臂 和连杆， 在工作过程中， 销轴往往不仅要承受剪切力， 还要承受弯矩。 由于节臂的结 构较大， 因此为了连接两个节臂， 就需要销轴具有足够的长度， 而为了保证销轴在具 有足够的长度的情况下， 仍具有足够的连接强度， 以承受剪切力和弯矩， 销轴的直径 也需要相应地增加， 这样就会增大销轴的重量， 使销轴显得十分笨重， 较大地增加了 臂架系统的重量， 也给销轴的安装和拆卸带来了很大的不便， 极大地增大了操作人员 的劳动强度。 发明内容 本发明旨在提供一种销轴、 转动连接结构、 臂架连接结构和工程机械， 能够在保 证销轴的连接强度的同时降低销轴的重量， 减轻工作人员的劳动强度。 为了实现上述目的， 根据本发明的一个方面， 提供了一种销轴， 包括空心的轴筒 和固定连接在轴筒两端的实心的轴端。 进一步地， 轴端的外周壁与轴筒的外周壁相齐平。 进一步地， 至少一个轴端与轴筒配合的端部设置有凸起， 凸起套设在轴筒内。 进一步地， 凸起的外周壁设置有外螺纹， 轴筒的内周壁设置有与凸起的外螺纹配 合的内螺纹。 进一步地， 轴筒与轴端之间为焊接， 轴筒与轴端之间的连接焊缝位于轴筒的空心 段。 进一步地， 凸起为空心结构， 且凸起的内周表面沿销轴轴向的长度大于外周表面 沿销轴轴向的长度。 进一步地， 轴端远离轴筒的一端的端部具有位于中心的凹槽。 进一步地， 轴端内设置有导油孔。 根据本发明的另一方面， 提供了一种转动连接结构， 包括至少第一转动件和第二 转动件， 第一转动件和第二转动件通过销轴转动连接， 该销轴为上述任一种销轴。 进一步地， 销轴包括位于第一转动件和第二转动件内的混合受力段， 以及位于两 侧的混合受力段之间的纯受弯矩段， 轴筒沿销轴的轴向方向贯穿整个纯受弯矩段。 根据本发明的再一方面， 提供了一种臂架连接结构， 包括转动连接的第一节臂和 第二节臂， 第一节臂套设于第二节臂内， 第一节臂的连接端的销轴安装孔两端分别固 定设置有轴套座， 两个轴套座之间通过轴套板固定连接， 轴套座孔内嵌设有轴套， 第 二节臂的内侧面与轴套座的外端面抵接， 销轴穿设在第二节臂的销轴安装孔以及轴套 内， 该销轴为上述任一种销轴， 销轴的轴端设置在轴套座和第二节臂内， 轴筒设置在 两个轴套座之间。 根据本发明的再一方面， 提供了一种工程机械， 包括用于转动连接的销轴， 该销 轴为上述任一种销轴。 应用本发明的技术方案， 销轴包括空心的轴筒和固定连接在轴筒两端的实心的轴 端。 由于销轴的轴筒段处于整个销轴的纯受弯力的区域， 因此将轴筒段的不受力或者 受力较小区域挖去， 就可以在保证销轴具有良好的工艺性、 刚性、 抗疲劳断裂性能的 同时， 有效减轻销轴的重量， 减轻工作人员的劳动强度。 附图说明 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解， 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示出了根据本发明的实施例的销轴的半剖结构示意图； 图 2示出了根据图 1的实施例的销轴的左视结构示意图； 图 3示出了根据图 1的实施例的销轴的 A-A向的剖视结构示意图; 图 4 示出了根据本发明的实施例的销轴用于转动连接时的简支梁受力分析示意 图； 以及 图 5示出了根据本发明的实施例的销轴的纯受弯矩段的截面应力分布示意图。 具体实施方式 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 需要说明的是， 在不冲突的 情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 如图 1至图 3所示，根据本发明的实施例， 一种销轴包括空心的轴筒 10和固定连 接在轴筒 10两端的实心的轴端 20。 结合参见图 4和图 5所示， 在销轴作为转动连接件使用来连接两个转动件时， 对 其简支梁结构的模型进行分析， 从图 4中可以看出， 在销轴的两端处于两个连接件的 连接位置的部位， 不仅受到载荷 P的剪力作用， 还要受到载荷 PL的弯矩作用， 因此， 销轴的两端是同时受到剪力和弯矩的共同作用的。 而在两个支撑点之间的部分销轴， 则受到纯弯矩作用， 具体为销轴中心两侧的两个 L2段。 由图 5中的销轴纯受弯矩段 的应力分布图可以看出，在弯矩的作用下，截面应力成线性分布，且离中性层 H越远， 应力就越大， 而位于中性层 H附近的销轴区域， 基本上是不受力的。 经由对销轴进行有限元分析， 并对销轴的应力分布进行模拟可以得知， 销轴的两 端出现剪力高应力区域，而两端支撑点之间的圆周外表面区域出现拉压应力高应力区。 而销轴的纯受弯矩段的中心轴线周围应力较低， 受力变形较小， 且销轴左右两端的端 面处的应力也较低， 受力变形较小。 由上述的分析可知， 在销轴的使用过程中， 销轴的纯受弯矩段以及销轴的两端端 面位置处的应力都是很小的，对于销轴在连接过程中的受力所起到的作用很小， 因此， 本发明在综合考虑上述因素的情况下， 将不会影响销轴的工艺性、 刚性和抗疲劳断裂 等性能的应力较低区域的材料挖除， 这样， 就在不影响销轴的结构强度和各项性能的 情况下， 有效地减轻了销轴的重量， 减轻了操作人员装配和拆卸销轴的劳动强度， 也 大大减轻了整个转动连接结构的重量， 使得转动连接结构具有轻质高强度的优点。 本发明的销轴， 在受到剪力和弯矩共同作用的两端部位， 即 a段和 b段， 采用实 心的轴端 20结构， 而对位于纯受弯矩段区域的销轴， 则采用空心的轴筒 10， 因此， 既不会影响销轴的结构强度， 又降低了销轴的重量。 为了保证销轴能够具有更好的外观， 更方便的安装结构， 更均匀的受力结构， 优 选地， 轴端 20的外周壁与轴筒 10的外周壁相齐平， 这就使得轴端 20与轴筒 10之间 具有较好的过渡连接结构，不会由于外周壁不相适应而在使用过程中影响销轴的性能。 为了进一步地加强销轴的结构强度， 在至少一个轴端 20与轴筒 10配合的端部设 置有凸起 21， 该凸起 21套设在轴筒 10内。 优选地， 销轴两端的轴端 20上均设置有 凸起 21。 凸起 21的外周壁设置有外螺纹， 轴筒 10的内周壁设置有与凸起 21的外螺 纹配合的内螺纹， 轴端 20与轴筒 10 的连接螺纹位于销轴的纯受弯矩段。 该凸起 21 可以为环形凸起， 也可以为绕轴端 20的中心轴线周向分布的多个凸起。 此外， 还可以在轴筒 10与轴端 20之间进行焊接， 且使轴筒 10与轴端 20之间的 连接焊缝位于销轴的纯受弯矩段。 使轴端 20与轴筒 10的连接焊缝、 连接螺纹分布在 纯受弯矩段， 有效降低了焊缝、 螺纹受力。 轴筒 10的内壁通过螺纹与轴端 20相连， 有效降低了连接焊缝的受力， 提高了焊缝的疲劳寿命。 在其他的实施例当中， 也可以使凸起 21与轴筒 10之间为光轴配合， 而使轴端 20 与轴筒 10之间仅为焊接， 由于销轴的凸起 21部分主要承受弯矩作用，将凸起 21与轴 筒 10之间设置为光轴配合， 不会影响销轴的受力结构， 且降低了销轴的加工难度。 而将销轴与轴端 20与轴筒 10分开加工，然后进行连接， 就可以将轴端 20与轴筒 10分别热处理之后再焊接成为一个整体， 因此销轴的内外表面都能得到充分地调制和 淬火， 大大增加了销轴的整体强度。 为了进一步地减轻销轴的重量，对于处于销轴的纯受弯矩区域的凸起 21部分，可 将其设置为空心结构， 如此既不会影响销轴的结构强度， 又进一步地减轻了销轴的重 量。 优选地， 凸起的内周表面沿销轴轴向的长度大于外周表面沿销轴轴向的长度。 为 了能够保证轴端 20与轴筒 10之间的焊接结构的稳定性， 需要使焊接部分位于销轴的 纯受弯矩段， 因此， 在设计时， 需要使轴端 20与轴筒 10配合的部分结构也位于销轴 的纯受弯矩段内， 以防止销轴在使用过程中由于焊接部分处于混合作用力段， 而影响 焊接结构的稳定性。 在这种销轴结构中，凸起 21的空心结构可以从销轴的纯受弯矩段一直延伸到轴端 20的混合受力区域， 也即， 使凸起 21 的内部空心结构沿销轴轴向的长度大于外周表 面与轴筒 10配合的部分沿销轴轴向的长度， 这也在不影响销轴的结构强度的前提下， 减轻了进一步地销轴的重量。 对于销轴两端端面处的应力较小的区域， 还可以在轴端 20远离轴筒 10的一端的 端部设置凹槽 22， 该凹槽 22位于轴端 20端面的中心， 且凹槽 22的深度不应影响到 销轴的轴端 20处于连接状态时的结构强度。 在销轴两端的轴端 20内设置有导油孔 23， 导油孔 23从轴端 20的外端面连通至 轴端 20的外周壁，用于将润滑油等倒入至销轴与转动件的转动配合面处， 以减小销轴 的磨损， 延长销轴的使用寿命。 根据本发明的实施例， 一种转动连接结构包括至少第一转动件和第二转动件， 第 一转动件和第二转动件通过销轴转动连接， 该销轴为上述的销轴。 该销轴包括位于第 一转动件和第二转动件内的混合受力段， 以及位于两侧的混合受力段之间的纯受弯矩 段， 轴筒 10的空心结构沿销轴的轴向方向贯穿整个纯受弯矩段。 根据本发明的实施例， 一种臂架连接结构包括转动连接的第一节臂和第二节臂， 第一节臂套设于第二节臂内， 第一节臂的连接端的销轴安装孔两端分别固定设置有轴 套座， 两个轴套座之间通过轴套板固定连接， 轴套座孔内嵌设有轴套， 第二节臂的内 侧面与轴套座的外端面抵接， 销轴穿设在第二节臂的销轴安装孔以及轴套内， 该销轴 为上述的销轴， 销轴的轴端 20设置在轴套座和第二节臂内， 轴筒 10设置在两个轴套 座之间。 根据本发明的实施例， 一种工程机械包括用于转动连接的销轴， 该销轴为上述的 销轴。 从以上的描述中， 可以看出， 本发明上述的实施例实现了如下技术效果： 轴端上 设有绕轴端中心线对称分布的凸起， 凸起上远离轴端中心线的一边设有内螺纹结构， 轴筒为空心轴筒， 轴筒的内壁分别与凸起远离轴端中心线的外周壁相连接， 轴筒与凸 起相接触的部分设有内螺纹结构， 与凸起上的外螺纹结构紧密配合， 轴筒的两端分别 与两轴端焊接， 轴端的实体部分构成了销轴的弯剪组合段， 用于抵抗传递下来的剪力 载荷与弯矩载荷， 轴端上的凸起与轴筒连接后形成的空腔段构成了销轴的纯弯段， 用 于抵抗传递下来的弯矩载荷量， 实现销轴材料达到最优分布，有效减少了长销轴重量。 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

权 利 要 求 书 一种销轴， 其特征在于， 包括空心的轴筒 （10) 和固定连接在所述轴筒 （10) 两端的实心的轴端 （20)。 根据权利要求 1所述的销轴， 其特征在于， 所述轴端 （20) 的外周壁与所述轴 筒 （10) 的外周壁相齐平。 根据权利要求 1所述的销轴， 其特征在于， 至少一个所述轴端 （20) 与所述轴 筒 （10) 配合的端部设置有凸起 （21 )， 所述凸起 （21 ) 套设在所述轴筒 （10) 内。 根据权利要求 3所述的销轴， 其特征在于， 所述凸起 （21 ) 的外周壁设置有外 螺纹， 所述轴筒 （10) 的内周壁设置有与所述凸起 （21 ) 的外螺纹配合的内螺 纹。 根据权利要求 1至 4中任一项所述的销轴， 其特征在于， 所述轴筒 （10) 与所 述轴端 （20) 之间为焊接， 所述轴筒 （10) 与所述轴端 （20) 之间的连接焊缝 位于所述轴筒 （10) 的空心段。 根据权利要求 3或 4所述的销轴， 其特征在于， 所述凸起 （21 ) 为空心结构， 且所述凸起 （21 ) 的内周表面沿销轴轴向的长度大于外周表面沿销轴轴向的长 度。 根据权利要求 1至 4中任一项所述的销轴， 其特征在于， 所述轴端 （20) 远离 所述轴筒 （10) 的一端的端部具有位于中心的凹槽 （22)。 根据权利要求 1所述的销轴，其特征在于，所述轴端（20)内设置有导油孔（23 )。 一种转动连接结构， 包括至少第一转动件和第二转动件， 所述第一转动件和所 述第二转动件通过销轴转动连接， 其特征在于， 所述销轴为权利要求 1至 8中 任一项所述的销轴。 根据权利要求 9所述的转动连接结构， 其特征在于， 所述销轴包括位于所述第 一转动件和所述第二转动件内的混合受力段， 以及位于两侧的所述混合受力段 之间的纯受弯矩段， 所述轴筒 （10) 沿所述销轴的轴向方向贯穿整个所述纯受 弯矩段。

11. 一种臂架连接结构， 包括转动连接的第一节臂和第二节臂， 所述第一节臂套设 于所述第二节臂内， 所述第一节臂的连接端的销轴安装孔两端分别固定设置有 轴套座， 两个所述轴套座之间通过轴套板固定连接， 所述轴套座孔内嵌设有轴 套， 所述第二节臂的内侧面与所述轴套座的外端面抵接， 销轴穿设在所述第二 节臂的销轴安装孔以及所述轴套内， 其特征在于， 所述销轴为权利要求 1至 8 中任一项所述的销轴， 所述销轴的轴端 （20) 设置在所述轴套座和所述第二节 臂内， 所述轴筒 （10) 设置在两个所述轴套座之间。

12. 一种工程机械， 包括用于转动连接的销轴， 其特征在于， 所述销轴为权利要求 1至 8中任一项所述的销轴。