连铸工段专用新型球笼等速万向联轴器

刘明云，冯卫国，望襄宜

(襄阳宇清传动科技有限公司，湖北 襄阳 441058)

0 前言

在金属冶炼过程中，从转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。而连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序。将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再将钢水分配到各个结晶器中，结晶器使铸件成形并迅速凝固结晶。在拉矫机与结晶振动装置共同作用下，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯［1］。从结晶器拉出的钢坯由上下支承导辊传送，支承导辊由电机、减速机和联轴器驱动。在传统装置中，驱动支承导辊的联轴器多采用十字轴结构，由于现场使用环境恶劣，从结晶器拉出的钢坯温度较高，加上冷却水的汽化，联轴器长期在这种高温辐射及高温水汽的环境下工作，经常出现十字轴轴承锈蚀、十字叉断裂等过早失效需要频繁更换的问题。为了改变这种状况，需要改进或采用新结构联轴器，以满足上下支承导辊传送钢坯件的需要，满足企业正常生产。

1 传统的球笼万向联轴器

球笼等速万向联轴器广泛应用于冶金、运输、石油开采等行业，球笼等速万向联轴器按沟形分为固定式球笼和滑移式球笼。

如图1 所示，固定式球笼万向联轴器由外套、内套、钢球及保持架组成。内套和外套之间只有角位移而无线位移，内套和外套的沟道为弧形，内套弧形沟道中心A 与外套弧形沟道中心B相对于本体中心(保持架窗孔中心)O 在内套和外套上做等距离轴向左右偏置(AO=OB)。万向节头由外套内径球面和保持架外径球面及保持架内径球面和内套外径球面相互引导，以这些球面中心O为中心形成活动角，钢球被具有偏离O点的以A、B为中心的内、外套的沟道引导，移动至所定的位置。

图1 固定式球笼本体Fig.1 Fixed ball-cage CV joint

滑移式球笼万向联轴器的结构与固定式球笼万向联轴器相似。如图2 所示，滑移式球笼万向联轴器由外套、内套、钢球及保持架组成。内套与外套之间不仅有角位移还有线位移，内套和外套的沟道与轴线平行，保持架的内球面中心A 与保持架的外球面中心B 相对于本体中心(保持架窗孔中心)O 在保持架上做等距离轴向左右偏置(AO=OB)。万向节头由外套内圆柱面和保持架外径球面及保持架内径球面和内套外径球面间相互引导，以本体中心O为中心形成活动角，钢球被与轴线平行的内套、外套的沟道引导，移动至所定的位置。

图2 滑移式球笼本体Fig.2 Sliding type ball-cage CV joint

连铸工段用联轴器具有高温、喷水冷却、传递扭矩大，偏转角度大，使用环境恶劣等不利因素。固定式球笼能满足其角度要求但是扭矩不足;滑移式球笼能满足其扭矩要求但其角度不能达到大角度的要求。为此，襄阳宇清传动科技有限公司设计开发出一种新型的球笼万向联轴器。该球笼万向联轴器不但要求具有传动平稳、传递扭矩大、偏转角度大，而且还要求具有耐高温、防水、运转平稳等特点。

2 新型球笼万向联轴器结构

如图3 所示，该球笼万向联轴器由外套、球面座1、保持架、钢球、球面压盖、油杯、球面座2、球面滑座、O 形密封圈、弹簧、弹簧垫圈、螺母、螺栓、盖板、端面键、螺钉、法兰、内套轴、内六角沉头螺钉等组成;内套轴外球面上设有与滑移式球笼万向联轴器的沟形相同的若干条直沟道，并与外套内圆柱面上设置的相同数量纵向直沟道相对应，装入保持架的钢球位于外套与内套轴相对应的沟道内，扭矩通过外套、钢球、内套轴传递;法兰一端通过外套的台阶内孔将球面座1 压紧定位并与外套一端焊接在一起;球面座2 与球面压盖配合安装在一起并由压缩弹簧轴向压紧，球面滑座套装在内套轴上，球面滑座的内孔上设置O 形密封圈与内套轴密封，O 形密封圈由耐高温的氟橡胶材料制成;球面滑座由套装在内套轴上的弹簧轴向定位与球面压盖贴合;球面滑座和其上的O 形密封圈一起对球笼起到密封作用;用螺栓将球面压盖安装固定在外套的另一端面上，外套另一端的外圆与球面压盖内圆之间设有O 形密封圈密封;螺钉将盖板安装固定在法兰一端的盖板座内;内六角沉头螺钉将嵌装在法兰一端凹槽内的键与法兰紧固在一起;法兰一端圆盘上设的均布孔内装有联接件螺栓、垫圈和螺母。球笼的保持架与球面座1、球面座2为间隙配合，保持架与内套轴为间隙配合联轴器的润滑由球面压盖上的油杯注入润滑脂完成。

在球笼本体中，保持架的内球面中心A 与保持架的外球面中心B 相对于本体中心(保持架窗孔中心)O 在保持架上做等距离轴向左右偏置(AO=OB)，由此保证球笼输入和输出的等速性;内套轴、球面滑座回转中心与保持架对称中心一致，球面座回转中心与保持架外球面回转中心一致，由此保证球笼的定心效果。

该球笼沟道型式与滑移式球笼万向联轴器相同，传递扭矩较大;其旋转由球面座1、球面座2 限制保持架外球面实现定心转动，压盖限位偏转角度可以达到18°。

图3 连铸工段球笼本体结构示意图Fig.3 Schematic diagram for ball-cage CV joint in continuous casting section

3 结束语

该连铸工段用球笼万向联轴器兼具固定式和滑移式球笼的特点，偏转角度大、传递扭矩大、转动平稳，并针对使用环境设置了耐高温的金属密封。该产品在国内某大型钢厂已得到大批量广泛的应用，大大延长了传动轴的使用寿命，满足了生产的需要，企业的生产效率和产品质量有了显著的提高。

［1］杨拉道，谢东钢.常规板坯连铸技术［M］.北京:冶金工业出版社，2002.

［2］《重型机械标准》编写委员会.重型机械标准(第三卷)［M］.北京:中国标准出版社，1998.

［3］［德］F·切梅兹.万向节和传动轴［M］.伍德荣译.北京:北京理工大学出版社，1998.