一種空心軸和一種轉(zhuǎn)軸的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及兩種軸，尤其是能顯著增加彎曲強(qiáng)度和軸向熱阻的一種空心軸和一種轉(zhuǎn)軸。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，現(xiàn)有的空心軸比相同彎曲強(qiáng)度的實(shí)心軸質(zhì)量雖減小了，但其整個(gè)截面面積卻增加許多，也即其單位截面面積的彎曲強(qiáng)度降低了許多。
[0003]圖1是現(xiàn)有熱風(fēng)機(jī)和高溫爐窯的實(shí)心轉(zhuǎn)軸架設(shè)示意圖。鋼實(shí)心轉(zhuǎn)軸I架設(shè)在兩個(gè)支承軸承2上，其向保溫壁3右側(cè)的高溫區(qū)傳遞動(dòng)力的同時(shí)而熱量通過(guò)實(shí)心轉(zhuǎn)軸I由高溫區(qū)向保溫壁3左側(cè)的常溫區(qū)傳導(dǎo)。這樣，一是造成熱量流失；二是兩個(gè)支承軸承2，尤其是近保溫壁3的支承軸承2需要強(qiáng)制風(fēng)冷，或者實(shí)心轉(zhuǎn)軸I的常溫區(qū)部分需要循環(huán)水冷。即便如此，近保溫壁3的支承軸承2也容易熱損壞。為了提高軸向熱阻，實(shí)心轉(zhuǎn)軸I也有用導(dǎo)熱系數(shù)比鋼低的不銹鋼做的，但高溫區(qū)溫度在300°C以上時(shí)其軸向熱阻效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的空心軸單位截面面積的彎曲強(qiáng)度低和現(xiàn)有的熱風(fēng)機(jī)、高溫爐窯實(shí)心轉(zhuǎn)軸的軸向熱阻小的不足，本發(fā)明提供一種空心軸和一種轉(zhuǎn)軸，一種空心軸能顯著增加彎曲強(qiáng)度，而一種轉(zhuǎn)軸能明顯增加軸向熱阻。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題，對(duì)于一種空心軸所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種空心軸，由空心軸、X構(gòu)件或者連同圓餅構(gòu)成，它們同為金屬或非金屬的。X構(gòu)件呈沙漏形，其中心軸剖面呈“X”形。X構(gòu)件和圓餅的直徑都等于空心軸內(nèi)徑，X構(gòu)件高度最好也等于空心軸內(nèi)徑。一種空心軸分兩類(lèi)結(jié)構(gòu):第一類(lèi)由空心軸以及其內(nèi)緊密排列的X構(gòu)件構(gòu)成；第二類(lèi)由空心軸以及其內(nèi)交叉緊密排列的X構(gòu)件和至少一個(gè)而至多比X構(gòu)件多一個(gè)圓餅構(gòu)成。所述緊密排列指X構(gòu)件間或其和圓餅間的相鄰底面自生在一起或緊密接觸。
[0007]當(dāng)上述兩類(lèi)結(jié)構(gòu)由3D打印機(jī)一次打印成時(shí)，相鄰X構(gòu)件間、X構(gòu)件和相鄰圓餅間以及X結(jié)構(gòu)、圓餅和空心軸內(nèi)壁間，都自生在一起。
[0008]當(dāng)空心軸、X構(gòu)件和圓餅為單獨(dú)的組裝件時(shí)，應(yīng)在上述第一類(lèi)結(jié)構(gòu)中的X構(gòu)件底面或者第二類(lèi)結(jié)構(gòu)中圓餅兩底面間的中間平面以及跟圓餅底面不相鄰的X構(gòu)件底面與空心軸外壁的相交圓上，均布且垂直于空心軸軸線鉆通N(N ^ 5，N最好為奇數(shù))個(gè)焊孔。相鄰兩圈焊孔在空心軸軸線的垂直平面上的2N個(gè)投影圓上均布。焊孔中心線在所述中間平面上的焊孔直徑大于圓餅厚度而不大于2倍X構(gòu)件底部的側(cè)面高度與圓餅厚度之和，而焊孔中心線在X構(gòu)件底面上的焊孔直徑不大于2倍X構(gòu)件底部的側(cè)面高度。最后，焊孔滿(mǎn)焊后而將X構(gòu)件兩底部和圓餅的側(cè)面與空心軸內(nèi)壁焊接在一起。
[0009]這樣，在通過(guò)空心軸軸線的任一剖面中，空心軸、X構(gòu)件或者連同圓餅一起構(gòu)成相互支承和交叉的力學(xué)結(jié)構(gòu)，故一種空心軸能顯著地增加彎曲強(qiáng)度。也即在要求的彎曲強(qiáng)度一定時(shí)，一種空心軸比現(xiàn)有的空心軸能顯著地減小質(zhì)量和體積，適合永恒追求質(zhì)量輕體積小的航空航天。
[0010]而對(duì)于一種轉(zhuǎn)軸所采用的技術(shù)方案是:
[0011]一種轉(zhuǎn)軸整體上由鋼軸段與上述一種空心軸連接而成。一種轉(zhuǎn)軸主要由鋼軸段、空心軸、X構(gòu)件和圓餅構(gòu)成。X構(gòu)件、圓餅和鋼軸段連接端的直徑都等于空心軸內(nèi)徑，X構(gòu)件高度最好也等于空心軸內(nèi)徑。空心軸、X構(gòu)件和圓餅是用比鋼導(dǎo)熱系數(shù)小的金屬材料做的，金屬材料最好選用耐高溫的不銹鋼。首先，將空心軸的一端套在鋼軸段連接端，空心軸所套端的端面和鋼軸段焊接在一起。焊接處鋼軸段側(cè)的鋼軸段直徑，不小于空心軸內(nèi)徑而不大于空心軸外徑，最好等于空心軸的內(nèi)徑或外徑。按X構(gòu)件、圓餅的先后順序?qū)⑺鼈兂蓪?duì)置入空心軸，X構(gòu)件和圓餅交叉緊密排列，也即相鄰的連接端端面、X構(gòu)件底面和圓餅底面之間緊密接觸。同時(shí)，空心軸內(nèi)置入X構(gòu)件和圓餅后的空間填滿(mǎn)耐高溫的絕熱材料，而進(jìn)一步增加軸向熱阻。
[0012]然后，在每個(gè)圓餅兩底面間的中間平面、連接端端平面與空心軸外壁所交的相交圓上，均布且垂直于空心軸軸線鉆通N(N ^ 5，N最好為奇數(shù))個(gè)焊孔。相鄰兩圈焊孔在空心軸軸線的垂直平面上的2N個(gè)投影圓上均布。焊孔中心線在所述中間平面上的焊孔直徑大于圓餅厚度而不大于2倍X構(gòu)件底部的側(cè)面高度與圓餅厚度之和，焊孔中心線在連接端端平面上的焊孔直徑不大于2倍X結(jié)構(gòu)底部的側(cè)面高度。最后，焊孔滿(mǎn)焊后而將鋼軸段、空心軸、X構(gòu)件和圓餅焊接在一起。
[0013]使用時(shí)，一種轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)支承軸承置于鋼軸段，其空心軸段置于熱風(fēng)機(jī)、高溫爐窯的保溫壁處。這樣，一種轉(zhuǎn)軸除能滿(mǎn)足要求的彎曲強(qiáng)度外，因空心軸段的軸向熱阻比較大，故可不再需要強(qiáng)制風(fēng)冷或循環(huán)水冷降溫。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:一種空心軸能顯著增加彎曲強(qiáng)度，質(zhì)輕體小而適合航空航天；而一種轉(zhuǎn)軸能明顯增加軸向熱阻，即節(jié)能又不再需要強(qiáng)制風(fēng)冷或循環(huán)水冷降溫。
【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]圖1是現(xiàn)有熱風(fēng)機(jī)和高溫爐窯的實(shí)心轉(zhuǎn)軸架設(shè)示意圖。
[0017]圖2是一種空心軸的第一個(gè)實(shí)施例的局部中心剖視圖。
[0018]圖3是一種空心軸的第二個(gè)實(shí)施例的局部中心剖視圖。
[0019]圖4是一種空心軸的第三個(gè)實(shí)施例的局部中心剖視圖。
[0020]圖5是一種轉(zhuǎn)軸的實(shí)施例的局部中心剖視圖。
[0021]圖中，1.實(shí)心轉(zhuǎn)軸，2.支承軸承，3.保溫壁，4.空心軸，5.X構(gòu)件，6.圓餅，7.焊孔，8.絕熱材料，9.鋼軸段，10.連接端，11.焊縫。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在圖1中，保溫壁3的左側(cè)為常溫區(qū)，其右側(cè)為熱風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)通道或高溫爐窯內(nèi)的高溫區(qū)。
[0023]在圖2中，空心軸4內(nèi)X構(gòu)件5沿軸向緊密排列。X構(gòu)件5的直徑和高度都等于空心軸4內(nèi)徑。空心軸4和X構(gòu)件5是由3D打印機(jī)用非金屬或者金屬材料打印出來(lái)的，相鄰X構(gòu)件5間以及X構(gòu)件5與空心軸4內(nèi)壁間都自生在一起。
[0024]在圖3中，空心軸4內(nèi)X構(gòu)件5和圓餅6沿軸向交叉緊密排列，圓餅6比X構(gòu)件5多一個(gè)