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一種新型高壓、高速旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)的研究及分析
公布于：20019.8.28標(biāo)簽：高速旋轉(zhuǎn)接頭，高壓旋轉(zhuǎn)接頭，液壓旋轉(zhuǎn)接頭
文介紹一種新型高壓、高速旋轉(zhuǎn)接頭.結(jié)構(gòu)的設(shè)計及分析，重點介紹了其結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理、相關(guān)計算公式、關(guān)鍵零件的材料處理等，為從事高壓、高速旋轉(zhuǎn)接頭研究和應(yīng)用者提供參考。
前言 在幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域，只要在固定件和旋轉(zhuǎn)機(jī)器之間存在有液體和氣體介質(zhì)需要傳輸，人們就必然使用旋轉(zhuǎn)接頭這一精密連接件。譬如：專用機(jī)床、深孔鉆機(jī)、玻璃機(jī)械等。在日益發(fā)展的冶金行業(yè)，高壓、高速旋轉(zhuǎn)接頭的使用也越來越廣泛，其中在薄板軋機(jī)上開卷機(jī)中的應(yīng)用，是高壓、高速旋轉(zhuǎn)接頭在冶金行業(yè)中應(yīng)用的經(jīng)典范例。與傳統(tǒng)企業(yè)生產(chǎn)的高壓、高速旋轉(zhuǎn)接頭相比，此旋轉(zhuǎn)接頭（本文所指的旋轉(zhuǎn)接頭都是指高壓、高速型旋轉(zhuǎn)接頭的簡稱）具有如下優(yōu)點：
（1）間隙密封技術(shù)的應(yīng)用，可實現(xiàn)摩擦力小、長久耐用；
（2）靜壓控制間隙的密封技術(shù)，就是在壓力恒定的情況下，密封間隙保持恒定；
（3）液壓伺服自動調(diào)心控制技術(shù)，就使在工作壓力不斷變化的情況下，密封間隙仍然保持不變，同軸度也隨著變化（壓力越高，同軸度也越高）；
（4）特殊的表面熱處理，使轉(zhuǎn)子與定子間真正實現(xiàn)減磨自潤滑的“膜軸承”效應(yīng)；
外形以及結(jié)構(gòu)
旋轉(zhuǎn)接頭的外形及結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，旋轉(zhuǎn)接頭的芯軸做高速旋轉(zhuǎn)運動而殼體靜止不動。旋轉(zhuǎn)接頭的芯軸通常與液壓缸固定連接在一起，與主機(jī)一起旋轉(zhuǎn)。工作介質(zhì)經(jīng)過管路進(jìn)入旋轉(zhuǎn)接頭殼體上的工作油口 A 或B，經(jīng)過固定不動的殼體 7 和固定不動的伺服環(huán) 5 輸入與主機(jī)一起做旋轉(zhuǎn)運動的芯軸 1 后至主機(jī)，從而實現(xiàn)了工作介質(zhì)在旋轉(zhuǎn)件間的持續(xù)傳輸。
優(yōu)點的實現(xiàn)過程及原理
間隙密封是一種最簡單而應(yīng)用廣泛的密封方法。它是依靠相對運動零件配合面之間的微小間隙來防止泄漏的。旋轉(zhuǎn)接頭在實際中的應(yīng)用確定了它是允許存在一定量的泄漏量，允許一定量的壓力損失。一定量的泄漏量通過泄漏口 C 帶走旋轉(zhuǎn)接頭兩端上的主軸軸承在工作過程中產(chǎn)生的熱量，可以防止旋轉(zhuǎn)接頭在工作過程中 A 工作油口與 B 工作油口之間的竄油。間隙過大，泄漏量就過大，壓力損失也就越大，致使實際的工作壓力滿足不了工作需要；間隙過小，太少的泄漏量帶不走旋轉(zhuǎn)接頭在工作過程中產(chǎn)生的熱量，致使旋轉(zhuǎn)接頭的芯軸 （轉(zhuǎn)子）1 與伺服環(huán) 5 之間的配合面會因發(fā)熱而“抱死”。理想的密封間隙是通過下面的公式與實踐需要相互結(jié)合而產(chǎn)生的，圖 2 為環(huán)形間隙簡圖。流體流 過間隙時單位流量的壓力損失為： δp=Δp/q=12μL/（πDH3） 式中 δp———單位流量的壓力損失；
旋轉(zhuǎn)接頭可以借助高壓工作介質(zhì)在通過旋轉(zhuǎn)接頭輸入主機(jī)的過程中，對其結(jié)構(gòu)實施有效控制，從而實現(xiàn)用靜壓來控制間隙的密封技術(shù)及液壓伺服自動調(diào)心控制。如圖 3 所示。服環(huán) 5 上兩側(cè)的高精密“O”形圈 6 上，從而產(chǎn)生巨大的環(huán)形側(cè)向力 Fp?！癘”形圈在側(cè)向壓力 Fp 作用下，產(chǎn)生徑向塑性變形?！癘”形圈把此變形能轉(zhuǎn)換成對伺服環(huán) 5 的圓周浮力 Fk。伺服環(huán) 5 的重力 G 與高精密“O”形圈 6 因伺服環(huán) 5 重力而產(chǎn)生的變形力 Fn 及圓周浮力 Fk 共同 作用到伺服環(huán) 5 上，從而產(chǎn)生一個力的平衡方程（一）： G+Fn+Fk=0，其中參數(shù) G 的大小是確定的，是常量，F(xiàn)n 及Fk 隨著工作壓力 p 的變化而變化。p 越大，則 Fp 就越大，F(xiàn)k 就越大，高精密“O”形圈 6 的強(qiáng)度也隨之增大；當(dāng)工作壓力 p 增大到一定量時，高精密“O”形圈 6 在側(cè)向壓力 Fp 的作用下產(chǎn)生巨大的徑向變形力 Fk，“O”形圈 6極小的變形量就可以消除伺服環(huán) 5 的重力，從力的平衡方程（一）：G+Fn+Fk=0 就可以衍生出方程（二）：G+Fn= 0 和方程（三）：Fk 的合力=0。當(dāng)伺服環(huán) 5 的重力 G、及因伺服環(huán) 5 重力 G 而產(chǎn)生的變形力 Fn 和圓周浮力 Fk 任 何一個參數(shù)發(fā)生變化，力的平衡方程（一）將自動歸零。從幾何結(jié)構(gòu)上說，就是維持伺服環(huán) 5 內(nèi)孔的直徑與旋轉(zhuǎn)接頭的芯軸 1 同軸心，達(dá)到接近理想狀態(tài)的同軸度，維持圓周方向的間隙恒定。工作壓力 p 越大（設(shè)計允許范圍內(nèi)），則伺服環(huán) 5 伺服自動調(diào)心能力就越強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)接頭以工作壓力 p 為源動力，對其本體實現(xiàn)了靜壓控制間隙的密封及液壓伺服自動調(diào)心的控制。
目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)接頭根本不具備競爭力，其原因主要是設(shè)計思維陳舊落后，芯軸與定子間很容易因旋轉(zhuǎn)接頭的持續(xù)工作發(fā)熱而“抱死”。欣德利設(shè)計思維新穎且效果極好，旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)永不“抱死”，即使工作介質(zhì)遭受到嚴(yán)重污染，有巨大顆粒存在時，此旋轉(zhuǎn)接頭仍然可以持續(xù)工作一段時間，當(dāng)工作壓力 p 滿足不了工作要求時，更換伺服環(huán) 5 就可以繼續(xù)工作了，易維修。采用此思維設(shè)計的旋轉(zhuǎn)接頭目前完全可以滿足國內(nèi)冶金行業(yè)的需求。
部分旋轉(zhuǎn)接頭型號參考：