一种自动扶正关节的万向联轴器吊具及吊装方法与流程

本发明涉及机械工程领域，特别涉及十字轴式万向联轴器产品涂装的吊具及其吊装方法。

背景技术：
十字轴式万向联轴器的结构如图1所示，一般由中间接管4、内叉头3、十字轴总成2及外叉头1等主要部分组成，中间接管4大多为能够伸缩的花键副，其长度无轴档限位，因此不能竖着起吊，即使竖着起吊往往存在涂装设备高度空间不足、操作不便等问题。同时，联轴器的内叉头3、外叉头1通过十字轴总成2连接构成关节，一般联轴器两端各一个关节；关节法兰轴线在一定范围内，可绕十字轴总成2的中心B在任意方向上偏转一个不确定的角度(见图2)。这种挠性使得联轴器不管是横着支承还是横着吊起，关节的叉头内腔5都会发生相互触碰；如果起吊点为十字轴总成头端的螺纹孔，则存在起吊力小缝隙有无不定问题。只要出现叉头内腔5触碰或出现缝隙太小的情况(如图3所示)，会使产品无法实现一次性完成涂装工作。因为不能一次性涂装全部需涂表面，会造成如下影响：(1)涂料如油漆与工件的结合力；(2)涂装表面的外观，如色差、饱和度及光泽等质量性能；(3)涂装的生产率；(4)因多次涂装多次干燥的额外时间消耗而影响工期；(5)增加涂装成本。因此对于包括伸缩型在内的十字轴式万向联轴器，目前没有一种吊装或支托方法能使它全部需涂表面的涂装在一次装吊中完成。上述全部需涂表面是指除了工件与工作机联接时的安装表面、配合表面、螺孔光孔以外的表面，安装表面、配合表面、螺孔光孔只需在包装前涂防锈油或防锈脂即可，要求很低，无需也不能在一次吊装或支托中完成涂装。

技术实现要素：
本发明所要解决的问题是提供一种自动扶正关节的万向联轴器吊具及其吊装方法，使用本发明的吊具和方法能够将包括伸缩型在内的十字轴式万向联轴器全部需涂表面的涂装在一次装吊中完成，从而提高了涂装性能、质量和生产率，缩短了工期，节约了成本。本发明一种自动扶正关节的万向联轴器吊具，它主要由吊索和吊具体两个部分组成，左右两组吊具为一副，每组零件的结构尺寸相同；吊索的一端与吊具体上的吊孔通过锁销连接，另一端通过吊环钩在吊钩上。其中，吊具体包括吊索连接部分和工件连接部分，工件连接部分与万向联轴器的法兰安装端面相连接，吊索连接部分上的吊孔通过锁销与吊索的一端连接，吊孔的设置至少要满足(1)式必要条件：吊孔中心偏离叉头法兰安装面的距离e＞0(1)式中e为吊孔中心偏离叉头法兰安装面的距离，方向在关节中心同一侧。本发明万向联轴器吊具的吊装方法是：(1)准备工作：工作前事先将左右两根吊索分别与吊具体的吊索连接部分通过锁销连接起来，另一端通过吊环钩在吊钩上；(2)连接工件：工作时将左右两个吊具体的工件连接部分分别与万向联轴器两端的法兰相连；(3)起吊工件：将钩子向上平稳提起到一定高度时，万向联轴器便通过吊索及吊具体被水平吊起。即在起吊十字轴式万向联轴器时，使用本发明的吊具，吊具体的吊索连接部分的不同位置布置有若干个吊孔；吊孔用于连接吊索，一般在使用前就连接好；吊具体的工件连接部分上有两个孔，其中销孔用于固定销，光孔用于穿螺栓；上述构件左右两件为一副。根据生产条件，两边的吊索的上端可以并于单钩O中，也可吊于双钩O2及O3上。单钩时吊索的下端与吊具体的吊具连接部分的孔A通过锁销相连；双钩时吊索的下端分别与左右吊具体的吊索连接部分的孔A0相连，此时e＝h，h是指外叉头的中心高lBC，双钩等高，其中心O2O3之间的距离与左右关节BB＇的中心距离基本一致，即lO2O3≈L。为了讨论方便，现将十字轴式万向联轴器产品及吊具简化(如图5所示)，把刚性联结的内叉头3与中间接管4用直线BB＇表示，十字轴总成2的中心在B点和B＇点，外叉头1的法兰中心在C点，销14于K处连接，螺栓13于J处连接与法兰6并紧，吊具体12的吊索连接部分和工件连接部分分别用折线k1及k2表示，A0、A、A1...分别表示吊具体上的吊孔11的中心。将刚性连接的工件外叉头1与吊具体12作为一个研究对象，讨论时忽略此对象自身重量。假定单孔起吊，a为吊索长，a＇为吊孔中心与关节中心的距离，L为两关节中心B和B＇之间的距离，则sinθ＝BO1/OB＝L/2(a+a＇)，且sinα＝BC/AB＝(e-h)/a＇如果α＝θ，工件就得以扶正。此时e值为E，将e＝E代入上式，得出：(E-h)/a＇＝L/2(a+a＇)，即E＝h+a＇L/2(a+a＇)(2)由此(2)式看出，当吊索长a、吊孔距关节中心的距离a＇、两关节中心的距离L及工件中心高h一定时，可通过吊孔到外叉头法兰安装面的距离E满足(2)式条件，使得关节叉头被扶正。本发明自动扶正关节吊装方法的原理：以单钩吊孔即A孔为例，工件重量为G于工件中心O1，这样上述研究对象受到两个力，即吊索的拉力T及工件的作用力P，两吊索夹角的一半为θ，T及P两力如图分别分解在水平方向两分力T2、P2及竖直方向分力T1、P1，分别大小相等方向相反，即T＝P，T1＝P1，T2＝P2T1方向的反向延长线交BO1于点C，则BC＝AC*tanθ,并且P1＝G/2，P＝P1/cosθ因此T1＝T*cosθ,T2＝T*sinθ再以B为转动中心进一步研究，研究对象除受力以外，还受到两个力矩：M1＝T1*BC＝T*cosθ*AC*tanθ＝T*AC*sinθM2＝-T2*AC＝-T*sinθ*AC计算知E1+E2＝0，由此可见，采用此吊具吊起时，不但力平衡，力矩也平衡，所以起吊时外叉头不会发生上翘或下垂，外叉头轴线BC与工件轴线BB＇成一直线，即关节是正的；而且这样扶正是自动的，只要吊起始终都是正的。如果双钩O2、O3通过吊索于吊具体上的A0孔向上平稳提起，此时e＝h，取lO2O3≈L′,则图5中T2＝P2＝0，M1+M2＝0，T＝T1＝P1＝G/2。因此，工件关节也会被扶正吊起的。只有关节被扶正，关节内腔5才能出现适当的缝隙，从而喷涂到叉头内腔。这样，两叉头内腔不触碰，相关外表面也不因起吊或支托而与外界直接接触，这有利于一次性完成全部需涂表面的涂装。上述全部需涂表面是指除了工件与工作机联接时的安装表面、配合表面、螺孔光孔以外的表面，安装表面、配合表面、螺孔光孔只需在包装前涂防锈油或防锈脂即可，要求很低，无需也不能在一次吊装或支托中完成涂装。也正是有这些无需同时完成涂装的安装表面、配合表面、螺孔光孔的存在，并且利用好这些表面的支承与接触，才能使得此外全部需涂表面的涂装在一次装吊中完成。本发明吊具优点是：(1)结构简单，成本低廉，只需在吊具体上钻几个孔；(2)自动扶正，操作方便，吊起时关节会自然正位，始终如一；(3)装夹方便，每端销对住孔后并紧一个螺栓即可；(4)吊具上可以设置托放平台，同时解决干燥时托放支点对工件未干涂层发生触碰的难题，也可在此处托起时进行全部需涂表面的涂装并干燥。本发明的吊装方法优点是：1、工件横卧，解决了长长短短包括伸缩型在内的所有十字轴式万向联轴器产品涂装通过统一的方式吊装，便于生产线作业；2、关节在吊起时是自动扶正的，如果用于涂装，可使全部需涂表面的涂装在一次装吊中完成，从而提高了涂装质量和生产率，缩短了工期，节约了成本；3、单钩或双钩均适用，便于适应不同的生产类型。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：图1是十字轴式万向联轴器的结构示意图；图2是十字轴式万向联轴器的关节简化模型图；图3是现有普通吊具及支托效果图；图4是本发明关节扶正吊具图；图5是本发明关节扶正原理图；图6是本发明关节扶正吊具的实施图；图7是本发明关节倾角随e值的变化曲线。图中：1.外叉头2.十字轴总成3.内叉头4.中间接管5.叉头内腔6.法兰7.螺孔8.光孔10.吊索11.吊孔12.吊具体13.螺栓14.销15.托放平台16.横杆17.支架。具体实施方式从图4、图6可知，本发明一种自动扶正关节的万向联轴器吊具，它主要由吊索10和吊具体12两个部分组成，左右两组吊具为一副，每组零件的结构尺寸相同；吊索10的一端与吊具体12上的吊孔通过锁销连接，另一端通过吊环钩在吊钩上。吊索一般为钢丝绳或铁链等挠性件构成，左右两根吊索等长。其中，吊具体12包括吊索连接部分和工件连接部分，工件连接部分与万向联轴器的法兰6安装端面相连接，吊索连接部分上的吊孔11通过锁销与吊索10的一端连接，吊孔11的设置至少要满足(1)式必要条件：e＞0，式中e为吊孔中心偏离叉头法兰安装面的距离，方向在关节中心同一侧。(1)式是扶正关节的必要条件，满足(1)不足以扶正关节，要想扶正，还需满足以下(2)式充分条件：E＝h+a＇L/2(a+a＇)(2)从(2)式看出，由于等式右边每项都大于0，一定是满足(1)式的。当e＝E＝h+a＇L/2(a+a＇)时，单孔可以使其自动扶正；当e在E附近一定范围内，单孔可以使其自动相对扶正。吊孔11有若干个，或改变吊索长a可以使E移动，选孔或变索长均可使关节倾角处于允许的±β0以内。吊具体12的工件连接部分上设置有销孔、光孔或卡扣等，用于和万向联轴器的法兰6连接。当然，吊具体与工件的连接方式并不仅仅局限于上述的这些形式。如图6所示，为控制外叉头上翘及下垂幅度，作为本发明的一种改进方式，吊具体12还包括支撑部分即托放平台15，它设置在吊索连接部分的下部，它与前后支架17、横杆16共同起作用，前后两个支架17上水平放置横杆16，便可托起工件。工件被托起时可以进行全部需涂表面的涂装并随后的干燥，而且不限于涂装并干燥。控制外叉头上翘及下垂幅度不是依靠涂装表面接触(如支撑、支垫)完成的，而是依靠吊具带拐结构非接触形式实现的。这样，可以解决干燥时托放支点对工件未干涂层发生触碰的难题，也可在此处托起时进行全部需涂表面的涂装并干燥。本发明万向联轴器吊具的吊装方法是：(1)准备工作：工作前事先将左右两根吊索分别与吊具体的吊索连接部分通过锁销连接起来，另一端通过吊环钩在吊钩上；(2)连接工件：工作时将左右两个吊具体的工件连接部分分别与万向联轴器两端的法兰相连；(3)起吊工件：将钩子向上平稳提起到一定高度时，万向联轴器便通过吊索及吊具体被水平吊起。步骤(2)连接工件时，将吊具连接部分的内表面与万向联轴器的法兰6的端面紧密贴合，固定销14穿过法兰6上与轴承孔垂直相位上螺孔7或附近相位的光孔8，螺栓13穿过法兰6上与穿销14孔180°位置的螺孔中并紧；吊孔有多个，分布在吊具体不同位置，吊索长度也有长有短，以适应单钩或双钩等场合，也适应不同长短的工件或不同的外叉头中心高lBC。当吊索长a、吊孔与关节中心的距离a＇、两关节中心的距离L及工件中心高h中四个因素中任一发生改变时，吊孔到外叉头法兰安装面的距离e就不能满足(2)式条件，关节叉头就不能被扶正。但如果采用如图6所示，吊具体在其与吊索连接的起吊部分不同位置设置有多个吊孔11，其中心为A、A0、A1..Ai...，在其各孔的e值为ei,在这些ei值中总有接近(2)式的E值的，从而保证关节折角即图7中e值介于E1与E之间。图7是本发明关节倾角β随e值的变化曲线，纵坐标为倾角β，关节上翘方向为正，反之关节下垂方向为负，水平坐标以外叉头法兰安装端面为起点，向关节中心方向为正。如果O2O3之间的距离与左右关节的中心距离一致lO2O3＝L，等长双钩吊于吊孔A0，则关节即可扶正。线段n、p、q是关节倾角β变化的函数曲线，交水平轴于E点，βmax为关节的最大倾角。如果采用单钩，当满足(2)式条件：E＝h+a＇L/2(a+a＇)时，关节也可扶正。在喷涂所允许的最大角度±β0范围以内，存在两个e的极限值：E1和E2，凡是吊具的ei值介于其间的均可喷涂，称为可喷区域(图示为网格范围)。其中当ei值介于E1与E之间，关节在有限范围上翘，当ei值介于E与E2之间，关节在有限范围下垂。a＇的值一般要符合公式a＇≥d/2+60，否则与工件让不开，无工程意义，但它太大了，因空间与吊具重量大也不宜。从(2)式知，如果L及a＇不变，改变a可以使E移动，E1与E2也随之改变，从而使有限的吊孔ei使关节倾角处于±β0以内。在进行具体吊装时，会发生一些变化，L与产品有关，长短不一，a与工装有关，a＇与吊具及产品都有关：sinθ＝L/2(a+a＇)T＝P＝G/2cosθβ＝θ－α＝sin-1[L/2(a+a＇)]－α因此使用过程中尺寸、角度与起吊力都会因规格的不同而发生变化，在多品种或单件小批生产时此问题更加突出。为了解决上述变化引起的关节有时“相对扶不正”问题，根据产品变化情况，采用几种不同长度a的吊索,并且在吊具体的不同位置上设置吊孔，根据不同产品，综合选择使用这些不同长度的吊索及吊孔，使起吊力大小适当且叉头有限扶正以满足生产线及产品条件。吊索长a要适应产品长度及生产线空间与吊索的力学性能要求，吊孔设置时，过B作BC的垂线交吊具杆中心于A0，D在A0处打吊孔，再在A与A0之间或延长线上打若干吊孔A1、A2...Ai...，这样BA0与BA、BA1...BAi的夹角分别为α、α1...αi...。当θ＝α时，β＝0，关节如前所述被扶正，可以涂装；当θ＞α时，β＝θ－α＝sin-1[L/2(a+a＇)]－α＞0，外关节1的轴线BC仍会上翘一个β角，即图6的状态，此时如果ei值介于E1与E之间，关节倾角控制在最大角度β0范围以内，也可以涂装；当θ＜α时，β＝θ－α＝sin-1[L/2(a+a＇)]－α＜0，，外关节1的轴线BC就会向反方向转动而下垂一个β角，此时如果ei值介于E与E2之间，关节倾角控制在最大角度β0范围以内，也可以涂装。如果工件长向尺寸L一定，只要合理选用不同的吊索长a及合适位置a＇的吊孔，使得β值小于涂装所允许的值±β0，仍然可以将包括伸缩型在内的十字轴式万向联轴器全部需涂表面的涂装在一次装吊中完成。由于工件大小、倾角、转矩不同，工件叉部肥瘦不一样，外叉头与内叉头之间所形成的叉头内腔5的空间大小不一样，因此涂装所允许的β0值也有所不同。为了保证质量，不仅十字轴式万向联轴器全部需涂表面的涂装在一次装吊中完成，大批大量生产可以采用快速干燥工艺，快干后卸下吊具后固化，但对于单件小批生产的流水线作业，涂装后的干燥没有采用快干工艺或无烘干设备的，干燥过程长，在此过程中所有涂装表面不能被触碰，这种情况采用卸下吊索，让吊具体12、螺栓13与销14与工件仍一道连接的状态下使工件干燥。卸下吊索，吊具与工件一道干燥是这样实现的：设置一个支架17，支架17上水平放置横杆16，吊具体12上设置一个托放平台15，托放平台15放在横杆16上，这样工件就被托起。支架17及横杆16放置的位置尺寸L2要适当，理论上L2应与工作尺寸L一致，实践中L2的选择允许有少许误差，要以叉头内腔5的表面不触碰且操作方便为准。也可以采用这种方法支托后进行涂装并吊具随行一同干燥。本发明的吊具对关节具有扶正功能，利用安装表面、配合表面、螺孔光孔等表面作支承，它克服了关节因挠性叉头内腔相互触碰的弱点，吊起时外叉头不会发生上翘及下垂，或者控制其上翘及下垂幅度，使β＜β0，外叉头轴线与工件轴线形成直线或偏角较小，这样扶正功能是自动的、始终的。因此本吊具用于涂装时，除了安装表面、配合表面、螺孔光孔这些无需涂装以外，所有需涂表面的涂装在一次装吊中完成。控制外叉头上翘及下垂幅度的吊具不限于涂装，它适用于一切叉头内腔不触碰且工件的相关外表面也不因起吊或支托而与外界直接接触使用场合。