一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器的制作方法

1.本发明涉及工程机械技术领域，具体是一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器。


背景技术：

2.扭转振动现象在工程机械及车辆领域普遍存在。扭转振动具有极大地破坏性，轻者增加轴的疲劳损伤，降低使用寿命，重者会导致机组轴系损坏或断裂。随着内燃机排放升级及升功率的提升，扭转振动现象的危害变得更加严重。
3.现阶段液压挖掘机用柴油发动机输出端的扭转振动问题主要是采用橡胶高弹联轴器。这种联轴器具有高弹性，吸收振动冲击能力强，方向补偿能力强的特点。但是，无论何种橡胶材料都都要面临老化失效问题，因挖掘机工况非常恶劣，经常在高温、高粉尘、高振动的环境下作业，会加速橡胶的老化，导致联轴器失效的案例颇多。
4.现有技术中，通过使用新工艺方法开发复合材料，使扭振强度增强，并将扭转角控制在适度范围内。但弹性体仍是以橡胶材料为主，虽能延长一定寿命，但还是避免不了上述老化失效的问题。且联轴器在整个挖掘机转速区间1100～1800rpm内只有一种系统刚度，无法适应液压挖掘机的多种工况需求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、效果良好的液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器。
6.本发明是以如下技术方案实现的：一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，包括与主泵连接的主泵从动轮毂，所述主泵从动轮毂上沿圆周方向设有若干弹簧座窗口；所述弹簧座窗口内设有减振弹簧组件；所述主泵从动轮毂的两侧分别设有弹簧导向盘ⅰ和弹簧导向盘ⅱ，所述弹簧导向盘ⅰ和弹簧导向盘ⅱ上设有减振弹簧导向窗，所述减振弹簧导向窗设有导向限位结构；所述弹簧导向盘ⅱ设置在靠近主泵一侧，所述弹簧导向盘ⅱ与主泵从动轮毂之间设有智能摩擦阻尼系统；所述主泵从动轮毂的外周通过飞轮主动盘连接有飞轮，所述飞轮主动盘的两侧分别设有前油腔盖和后油腔盖，所述前油腔盖和后油腔盖的外侧与飞轮主动盘密封连接，所述前油腔盖和后油腔盖的内侧与主泵从动轮毂密封连接；所述主泵从动轮毂在靠近主泵的一侧连接有惯性轮；联轴器的密封腔内部设有润滑介质。
7.其进一步是：所述主泵从动轮毂采用锻钢材料，主泵从动轮毂通过内侧花键与主泵的外花键轴相啮合传递扭矩，所述主泵从动轮毂上设有6处通向内花键的润滑脂通道。
8.所述主泵从动轮毂上沿圆周方向设有8个弹簧座窗口，所述弹簧座窗口外侧设有应力释放口。
9.所述减振弹簧组件包括套在一起的外减振弹簧和内减振弹簧，所述外减振弹簧和内减振弹簧的长度不一样。
10.所述外减振弹簧比内减振弹簧的长度长。
11.所述减振弹簧导向窗的内侧为具有导向功能的平面折弯结构，所述减振弹簧导向窗的外侧为具有限位功能的曲面冲压结构，所述减振弹簧导向窗的内外侧均设有压力释放口。
12.所述智能摩擦阻尼系统包括摩擦片、压盘、碟片弹簧和卡簧ⅱ，所述压盘上设有限位结构，所述主泵从动轮毂设有与限位结构配合使用的切口。
13.所述前油腔盖和后油腔盖为碗状冲压成形结构，所述前油腔盖和后油腔盖的外侧各焊接两排散热翅片，所述前油腔盖和后油腔盖通过密封垫、压紧垫圈、螺栓ⅰ和螺母ⅱ与飞轮主动盘密封连接在一起，所述前油腔盖和后油腔盖通过v形密封圈和卡簧ⅲ与主泵从动轮毂密封连接在一起。
14.所述前油腔盖上设有两个螺纹孔，所述螺纹孔通过锥螺纹连接有密封螺堵。
15.所述主泵从动轮毂通过卡簧ⅰ和油封密封发动机侧的轴端，所述主泵从动轮毂卡簧ⅰ和轴封密封主泵端。
16.所述轴封包括密封唇、弹簧骨架和外唇。
17.所述润滑介质为钼脂。
18.所述惯性轮通过3个内六角螺钉安装在主泵从动轮毂上，所述惯性轮靠近内圈的位置上均匀设置6个圆孔，所述惯性轮的外圈增厚且质心移向外圈。
19.本发明具有以下优点：本发明的液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，通过采用金属减振弹簧，避免了类似高温环境橡胶老化的问题，使联轴器产品在使用过程中性能更加稳定持久，且适应大部分液压挖掘机工况；增加了自润滑系统智能阻尼系统有效保护减振弹簧的磨损及锈蚀；无需另行增加散热装置，通过自转能实现润滑和散热；联轴器总成零件数量少，结构简单实用；高效的空间设计，相比于高弹性橡胶合金联轴器节省了一半以上的安装空间；零部件以钢结构为主，成形工艺简单，相比于高弹合成橡胶联轴器成本降低30％以上。
附图说明
20.图1是本发明的整体结构示意图；
21.图2是本发明金属联轴器的主视图；
22.图3是本发明金属联轴器的内部结构示意图；
23.图4是图3的局部放大结构示意图；
24.图5是本发明主泵从动轮毂的结构示意图；
25.图6是本发明主泵从动轮毂的主视图；
26.图7是本发明摩擦片的结构示意图；
27.图8是本发明压盘的结构示意图；
28.图9是本发明的装配结构示意图；
29.图10是图9中局部结构放大示意图；
30.图11是本发明的坎贝尔图；
31.图12为本发明联轴器振动扭矩与挖掘机工况分布图。
32.图中：1、飞轮主动盘，2、密封垫，3、压紧垫圈，4、螺栓ⅰ，5、螺母ⅰ，6、前油腔盖，7、弹
簧导向盘ⅰ，8、外减振弹簧，9、内减振弹簧，10、密封螺堵，11、卡簧ⅰ，12、油封，13、螺母ⅱ，14、隔套，15、螺栓ⅱ，16、后油腔盖，17、弹簧导向盘ⅱ，18、摩擦片，19、压盘，20、碟片弹簧，21、卡簧ⅱ，22、v形密封圈，23、卡簧ⅲ，24、内六角螺钉，25、主泵从动轮毂，26、轴封，27、惯性轮，28、钼脂，30、弹簧座窗口，31、减振弹簧导向窗。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明专利的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。
34.如图1至图12所示的一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，包括与主泵连接的主泵从动轮毂25，所述主泵从动轮毂25上沿圆周方向设有若干弹簧座窗口30；所述弹簧座窗口30内设有减振弹簧组件；所述主泵从动轮毂25的两侧分别设有弹簧导向盘ⅰ7和弹簧导向盘ⅱ17，所述弹簧导向盘ⅰ7和弹簧导向盘ⅱ17上设有减振弹簧导向窗31，所述减振弹簧导向窗31设有导向限位结构；所述弹簧导向盘ⅱ17设置在靠近主泵一侧，所述弹簧导向盘ⅱ17与主泵从动轮毂25之间设有智能摩擦阻尼系统；所述主泵从动轮毂25的外周通过飞轮主动盘1连接有飞轮，所述飞轮主动盘1的两侧分别设有前油腔盖6和后油腔盖16，所述前油腔盖6和后油腔盖16的外侧与飞轮主动盘1密封连接，所述前油腔盖6和后油腔盖16的内侧与主泵从动轮毂25密封连接；所述主泵从动轮毂25在靠近主泵的一侧连接有惯性轮27；联轴器的密封腔内部设有润滑介质。本发明的液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，设有减振弹簧组件、智能摩擦阻尼系统、联轴器密封系统和自润滑系统；其中，减振弹簧组件设置唉主泵从动轮毂上的弹簧座窗口上，减振弹簧组件设有两级减震弹簧，同时主泵从动轮毂的一侧还连接有惯性轮，通过两级弹簧减振及从动侧惯性轮之间的匹配，形成二阶刚度，并改变了联轴器传动系统的共振转速，在保证系统工作刚度的同时共振转速远离发动机的作业转速范围，可适应挖掘机怠速、挖装、行走、破碎等主要作业工况；智能摩擦阻尼系统设置在弹簧导向盘ⅱ与主泵从动轮毂之间，通过采用智能摩擦阻尼系统有效降低了设备启停和载荷瞬变时的扭转峰值，保护减振弹簧，此外摩擦阻尼有助于降低结构传递振动的能力，起到一定的隔振作用，同时也降低声辐射，起到降噪的作用；联轴器密封系统主要指前油腔盖、后油腔盖、飞轮主动盘和主泵从动轮毂之间的密封关系，以及主泵从动轮毂与发动机和主泵之间的密封关系，可有效防止外部灰尘的进入，保证密封腔内的清洁度；自润滑系统存在于联轴器密封系统内，通过给联轴器增加封闭的自润滑系统以及利用润滑介质钼脂的特性，延长减振弹簧和花键轴套一倍以上的使用寿命，在发动机干式飞轮壳条件下实现了传动摩擦件的润滑，同时也解决了联轴器金属零部件生锈腐蚀的问题，适用于多灰尘的作业环境；本发明采用金属弹簧减振，避免了类似高温环境橡胶老化的问题，使联轴器产品在使用过程中性能更加稳定持久；此种联轴器总成零件数量少，结构简单，便于拆装维护；高效的空间设计，相比于高弹性橡胶合金联轴器节省了一半以上的轴向安装空间；零部件以钢结构为主，成形工艺简单，相比于高弹合成橡胶联轴器成本降低30％以上，既能实现宽频减振保护输出端，将系统共振转速远离挖掘机，又能传递大扭矩能适应挖掘机的怠速、挖装、行走、破碎等多种工况，同时也可避免目前高弹联轴器普遍存在的橡胶老化问题。如图1至图6所示的一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，所述主泵从动轮毂25上沿圆周方向设有8个弹簧座窗口30，所述弹
簧座窗口30外侧设有应力释放口。所述减振弹簧导向窗31的内侧为具有导向功能的平面折弯结构，所述减振弹簧导向窗31的外侧为具有限位功能的曲面冲压结构，所述减振弹簧导向窗31的内外侧均设有压力释放口。本发明的主泵从动轮毂上的8个弹簧座窗口，每个窗口外侧都设置应力释放口f，共同作为减振弹簧底座，在每个窗口中装有一对内外减振弹簧；弹簧导向盘ⅰ和弹簧导向盘ⅱ采用高强度合金钢材料，通过冲压成型工艺在中间圆周方向设置均布8组减振弹簧导向窗，弹簧导向窗与弹簧座窗口位置相对应，每组弹簧导向窗内侧为平面折弯结构与外减振弹簧的中间主体部分贴在一起，在弹簧压缩和反弹时起到导向作用，平面折弯结构的两侧d设置有内应力释放口b提升零件的疲劳抗性；每组弹簧导向窗外侧为曲面冲压结构与外减振弹簧的首末部分紧贴在一起，在弹簧压缩和反弹时起到限位作用，曲面冲压结构的两侧c设置有内应力释放口a提升零件的疲劳抗性；发动机转矩由飞轮主动盘传给主泵从动轮毂时必须通过沿主泵从动轮毂圆周布置的内外减振弹簧组，这样将飞轮主动盘和主泵从动轮毂弹性的连接在一起，从而改变了传动系统的刚度，达到扭转减振的目的。
35.如图1至图12所示的一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，所述减振弹簧组件包括套在一起的外减振弹簧8和内减振弹簧9，所述外减振弹簧8和内减振弹簧9的长度不一样。所述外减振弹簧8比内减振弹簧9的长度长。本发明的减振弹簧组件是内外减振弹簧套在一起，弹簧长度不一样，这样可以实现系统刚度由小到大非线性进入工作，其中，外弹簧长度稍长一些，在设定的扭转角范围内形成一阶、二阶刚度，这样可以实现传动系统刚度由小到大非线性的进入工作。发动机怠速时，外弹簧弹簧刚度较小，对降低怠速噪声效果显著；发动机额定转速工作时，内外弹簧共同起作用有效放大了工作载荷范围，这有利于避免传动系共振，降低挖掘机在怠速和作业时的扭振和噪声。
36.如图11实例所示，通过内外减振弹簧与惯性轮的组合，计算出联轴器系统一阶、二阶模态时的固有频率。发动机的激振来源于往复惯性力和点火后的爆发压力，爆发压力是产生最强激振力的主因并决定主谐次。挖掘机上的多数为4冲程6缸发动机，其点火激振主谐次为3.0。通过两质量系统共振转速计算公式得出，一阶模态下主谐次共振点在720rpm左右，二阶模态下为960rpm。再如图12实例所示，通过内外减振弹簧与惯性轮的组合，将共振转速整体前移，使挖掘机在行走/挖掘/破碎三种工况下均远离共振转速点。该实例中联轴器系统振动扭矩最高点在960rpm，此时发动机高负荷运行会严重影响传动轴系的寿命，而发动机怠速(1100rpm)时候负荷率仅为15％～20％，并避开了峰值，所受影响甚微。
37.液压挖掘机主要有怠速、挖装、行走、破碎四种工况。装有铲斗的液压挖掘机工况以挖掘/装载作业为主，行走作业为辅；经市场检测怠速工况(1000～1100rpm)占比为10％左右，行走工况(额定转速)占比10％左右，额定转速挖装作业工况(1600～1800rpm)占比为75％左右。发动机怠速时，发动机负荷率一般只有15％左右，刚度较小的外弹簧起作用，通过弹簧减振对降低怠速噪声效果显著；发动机额定转速作业时，外部载荷增大，发动机瞬时负荷率最高能达到100％，此时内外弹簧共同起作用，提升系统刚度可承载更大的扭矩，有效拓宽了工作载荷承受范围；行走工况多为发动机额定转速下作业，平地行走时发动机负荷率达到50～70％之间，斜坡行走时能达到90％以上，内外弹簧共同传递扭矩。进一步的，
挖掘机的破碎工况的发动机转速范围为1400～1600rpm，属于发动机高扭矩转速区域；主泵压力范围为200～280bar，打锤频率120～200次/每分钟；发动机的负荷率在50～80％。对联轴器内外弹簧的冲击频率和强度都比较高，这需要适当的增强弹簧的强度和刚度。根据两质量系统共振转速计算公式质量系统共振转速计算公式(c为系统动态扭转刚度，j1主动侧转动惯量，j2为从动侧转动惯量，i为发动机发火激振谐次)可以得出增加弹簧刚度会使上述公式c值增加从而使共振转速提升，但上述增加惯性轮的措施(j2值增加)会辅助降低系统的共振转速，避开挖掘机工作转速区域，这种结构(增强弹簧的强度和刚度)同样也有利于破碎工况。
38.如图1至图8所示的一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，所述智能摩擦阻尼系统包括摩擦片18、压盘19、碟片弹簧20和卡簧ⅱ22，所述压盘19上设有限位结构，所述主泵从动轮毂25设有与限位结构配合使用的切口。本发明的智能摩擦阻尼系统由摩擦片、压盘、碟片弹簧和卡簧ⅱ组成，其中摩擦片采用铜基摩擦材料，保持摩擦性能的恒定性和抗超载能力，在微小位移下也能产生阻尼力；摩擦片与弹簧导向盘ⅱ之间设置有8处凸耳结构卡槽，压盘设有限位结构j与主泵从动轮毂的切口g相配合，防止随着摩擦片转动而失效；通过碟片弹簧和卡簧ⅱ使整个阻尼系统贴紧主泵从动轮毂的一侧端面；在联轴器相对运动超过2
°
时，克服了组件的滑差扭矩时起作用，此时相关零件产生滑移，依靠内摩擦转化为热能耗散扭转振动能量，有效降低了设备启停和载荷瞬变时的扭转峰值，防止弹簧长期过度压缩而加速失效；摩擦阻尼在主要结构件屈服前的预定载荷下产生滑移，依靠内摩擦耗散扭转振动能量，有效降低了设备启停和载荷瞬变时的扭转峰值，保护减振弹簧；此外摩擦阻尼有助于降低结构传递振动的能力，起到一定的隔振的作用，同时降低声辐射及降噪的作用。
39.如图1至图10所示的一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，所述前油腔盖6和后油腔盖16为碗状冲压成形结构，所述前油腔盖6和后油腔盖16的外侧各焊接两排散热翅片，所述前油腔盖6和后油腔盖16通过密封垫2、压紧垫圈3、螺栓ⅰ4和螺母ⅱ13与飞轮主动盘1密封连接在一起，所述前油腔盖6和后油腔盖16通过v形密封圈22和卡簧ⅲ23与主泵从动轮毂25密封连接在一起。所述前油腔盖6上设有两个螺纹孔，所述螺纹孔通过锥螺纹连接有密封螺堵10。所述主泵从动轮毂25通过卡簧ⅰ10和油封12密封发动机侧的轴端，所述主泵从动轮毂25卡簧ⅰ10和轴封26密封主泵端。所述轴封26包括密封唇、弹簧骨架和外唇。本发明的飞轮主动盘采用高强度(刚度)合金钢材料，用于连接飞轮和主泵从动轮毂，其外圈设置8个均布安装孔与发动机动力输出端飞轮通过螺栓连接紧固后传递发动机扭矩，内圈设置16个均布孔用16个螺母ⅰ5、16个隔套14、16个螺栓螺栓ⅱ15与弹簧导向盘ⅰ和ⅱ连接；飞轮主动盘的在弹簧导向盘ⅰ和ⅱ外分别设有前油腔盖和后油腔盖，在与前油腔盖和后油腔盖的连接处设有两个密封垫，用前油腔盖和后油腔盖按压后上面再用压两个紧垫圈按压，最后用16个螺栓ⅰ和16个螺母ⅱ将上述几个组件按压在一起装配，形成联轴器外圈密封结构；内圈密封采用2个v形密封圈结构实现径向和轴向密封，采用卡簧ⅲ按压的方式进行加固；前油腔盖上设置有2个螺纹孔用来一端注油时另一端排气，最后用2个密封螺堵堵上，其螺纹采用锥螺纹密封结构；前后油腔盖均为碗状冲压成形结构，外侧各焊接两排散热翅片e，使联轴器在旋转过程中自动散热；密封垫和v形密封圈采用氟硅橡胶
材料，该橡胶具有良好的耐温性能(-55～250℃)以及化学稳定性及耐候性，可以在高温/低温及多油等环境下长期使用。轴封密封唇k为柔性结构密封性能佳，与弹簧骨架l配合可以解决较大的偏心问题；外唇m可有效防止外部灰尘的进入，保证油腔内部钼脂的清洁度。
40.如图1至图8所示的一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，所述主泵从动轮毂25采用锻钢材料，主泵从动轮毂25通过内侧花键与主泵的外花键轴相啮合传递扭矩，所述主泵从动轮毂25上设有6处通向内花键的润滑脂通道。所述润滑介质为钼脂28。本发明为防止金属部件之间相对运动磨损增加了封闭的自润滑系统，在联轴器密封腔以内的圆周方向均布有6处通向内花键的润滑脂通道h，让润滑介质自动流入内部花键配合缝隙中进行润滑；润滑介质采用钼脂对弹簧以及弹簧导向窗进行润滑，并通过主泵从动轮毂上的通道与花键配合处相连通，在联轴器与飞轮一起旋转时，通过离心力将钼脂飞溅到各个传动件的表面，形成油膜降低零部件摩擦磨损及防止表面锈蚀，增加联轴器的使用寿命；采用钼脂的好处如下：1)与普通的润滑脂相比，钼脂具有更为优异的化学稳定性和润滑性，更小的挥发性等特点，因此能极大延长润滑产品的使用寿命，进而减小润滑脂的使用量；2)钼脂由于不含有机硅以及具有较好的耐高温性能的原因，而能确保润滑更长时间，有效减少相应零部件振动和摩擦产生的噪音；3)由于钼脂渗流量较小，所以其能彻底杜绝漏油现象，改善操作环境，适用于要求清洁干净的场所，且基础油无毒无味，也能符合环保要求；4)减少弹簧窗与弹簧以及内外花键摩擦损失，由于钼脂的摩擦系数较低，在0.05-0.1之间，所以能极大减少摩擦装置的摩擦阻力；5)钼脂具有防潮、防水、防碱、防酸的特性，因此能高效延长相应零部件的使用时间。
41.如图1至图4所示的一种液压挖掘机用可适应多种工况的自润滑金属弹簧联轴器，所述惯性轮27通过3个内六角螺钉24安装在主泵从动轮毂25上，所述惯性轮27靠近内圈的位置上均匀设置6个圆孔，所述惯性轮27的外圈增厚且质心移向外圈。本发明的惯性轮安装在主泵从动轮毂侧，用内六角螺钉在轮毂圆周方向上三点i固定，惯性轮靠近内圈位置上均匀设置6个圆孔，以及外圈增厚将质心移向外圈；惯性轮的设置，在增加从动侧的惯性的同时降低系统的共振转速，并远离发动机工作转速范围(1100～1800rpm)，从而提升轴系零部件的可靠性；扭转系统遇到的最大冲击为启停瞬间以及发动机外载荷突增时，此时惯性轮便会释放一定的能量辅助带动主泵运转，从而达到动能的最大转化，有较好的节能效果。
42.最后应说明的是：以上所述仅为本发明专利的优选实例而已，并不用于限制本发明专利，尽管参照前述实施例对本发明专利进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。