銷軸、轉動連接結構、臂架連接結構和工程機械的製作方法

2023-06-01 15:46:31

專利名稱：銷軸、轉動連接結構、臂架連接結構和工程機械的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械連接件領域，具體而言，涉及一種銷軸、轉動連接結構、臂架連接結構和工程機械。
背景技術：
在已有的轉動連接結構中，銷軸作為連接兩個相對轉動物體的轉動連接件，具有廣泛的應用範圍，被應用在多個領域中。而在大型的工程機械中，銷軸很多時候用來連接兩個較大的節臂，或者連接節臂和連杆，在工作過程中，銷軸往往不僅要承受剪切力，還要承受彎矩。由於節臂的結構較大，因此為了連接兩個節臂，就需要銷軸具有足夠的長度，而為了保證銷軸在具有足夠的長度的情況下，仍具有足夠的連接強度，以承受剪切力和彎矩，銷軸的直徑也需要相應地增加， 這樣就會增大銷軸的重量，使銷軸顯得十分笨重，較大地增加了臂架系統的重量，也給銷軸的安裝和拆卸帶來了很大的不便，極大地增大了操作人員的勞動強度。

發明內容
本發明旨在提供一種銷軸、轉動連接結構、臂架連接結構和工程機械，能夠在保證銷軸的連接強度的同時降低銷軸的重量，減輕工作人員的勞動強度。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種銷軸，包括空心的軸筒和固定連接在軸筒兩端的實心的軸端。進一步地，軸端的外周壁與軸筒的外周壁相齊平。進一步地，至少一個軸端與軸筒配合的端部設置有凸起，凸起套設在軸筒內。進一步地，凸起的外周壁設置有外螺紋，軸筒的內周壁設置有與凸起的外螺紋配合的內螺紋。進一步地，軸筒與軸端之間為焊接，軸筒與軸端之間的連接焊縫位於軸筒的空心段。進一步地，凸起為空心結構，且凸起的內周表面沿銷軸軸向的長度大於外周表面沿銷軸軸向的長度。 進一步地，軸端遠離軸筒的一端的端部具有位於中心的凹槽。進一步地，軸端內設置有導油孔。根據本發明的另一方面，提供了一種轉動連接結構，包括至少第一轉動件和第二轉動件，第一轉動件和第二轉動件通過銷軸轉動連接，該銷軸為上述任一種銷軸。進一步地，銷軸包括位於第一轉動件和第二轉動件內的混合受力段，以及位於兩側的混合受力段之間的純受彎矩段，軸筒沿銷軸的軸向方向貫穿整個純受彎矩段。根據本發明的再一方面，提供了一種臂架連接結構，包括轉動連接的第一節臂和第二節臂，第一節臂套設於第二節臂內，第一節臂的連接端的銷軸安裝孔兩端分別固定設置有軸套座，兩個軸套座之間通過軸套板固定連接，軸套座孔內嵌設有軸套，第二節臂的內側面與軸套座的外端面抵接，銷軸穿設在第二節臂的銷軸安裝孔以及軸套內，該銷軸為上述任一種銷軸，銷軸的軸端設置在軸套座和第二節臂內，軸筒設置在兩個軸套座之間。根據本發明的再一方面，提供了一種工程機械，包括用於轉動連接的銷軸，該銷軸為上述任一種銷軸。應用本發明的技術方案，銷軸包括空心的軸筒和固定連接在軸筒兩端的實心的軸端。由於銷軸的軸筒段處於整個銷軸的純受彎力的區域，因此將軸筒段的不受力或者受力較小區域挖去，就可以在保證銷軸具有良好的工藝性、剛性、抗疲勞斷裂性能的同時，有效減輕銷軸的重量，減輕工作人員的勞動強度。


構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I示出了根據本發明的實施例的銷軸的半剖結構示意圖；圖2示出了根據圖I的實施例的銷軸的左視結構示意圖；圖3示出了根據圖I的實施例的銷軸的A-A向的剖視結構示意圖；圖4示出了根據本發明的實施例的銷軸用於轉動連接時的簡支梁受力分析示意圖；以及圖5示出了根據本發明的實施例的銷軸的純受彎矩段的截面應力分布示意圖。
具體實施例方式下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。如圖I至圖3所示，根據本發明的實施例，一種銷軸包括空心的軸筒10和固定連接在軸筒10兩端的實心的軸端20。結合參見圖4和圖5所示，在銷軸作為轉動連接件使用來連接兩個轉動件時，對其簡支梁結構的模型進行分析，從圖4中可以看出，在銷軸的兩端處於兩個連接件的連接位置的部位，不僅受到載荷P的剪力作用，還要受到載荷PL的彎矩作用，因此，銷軸的兩端是同時受到剪力和彎矩的共同作用的。而在兩個支撐點之間的部分銷軸，則受到純彎矩作用，具體為銷軸中心兩側的兩個L2段。由圖5中的銷軸純受彎矩段的應力分布圖可以看出，在彎矩的作用下，截面應力成線性分布，且離中性層H越遠，應力就越大，而位於中性層H附近的銷軸區域，基本上是不受力的。經由對銷軸進行有限元分析，並對銷軸的應力分布進行模擬可以得知，銷軸的兩端出現剪力高應力區域，而兩端支撐點之間的圓周外表面區域出現拉壓應力高應力區。而銷軸的純受彎矩段的中心軸線周圍應力較低，受力變形較小，且銷軸左右兩端的端面處的應力也較低，受力變形較小。由上述的分析可知，在銷軸的使用過程中，銷軸的純受彎矩段以及銷軸的兩端端面位置處的應力都是很小的，對於銷軸在連接過程中的受力所起到的作用很小，因此，本發明在綜合考慮上述因素的情況下，將不會影響銷軸的工藝性、剛性和抗疲勞斷裂等性能的應力較低區域的材料挖除，這樣，就在不影響銷軸的結構強度和各項性能的情況下，有效地減輕了銷軸的重量，減輕了操作人員裝配和拆卸銷軸的勞動強度，也大大減輕了整個轉動連接結構的重量，使得轉動連接結構具有輕質高強度的優點。本發明的銷軸，在受到剪力和彎矩共同作用的兩端部位，即a段和b段，採用實心的軸端20結構，而對位於純受彎矩段區域的銷軸，則採用空心的軸筒10，因此，既不會影響銷軸的結構強度，又降低了銷軸的重量。為了保證銷軸能夠具有更好的外觀，更方便的安裝結構，更均勻的受力結構，優選地，軸端20的外周壁與軸筒10的外周壁相齊平，這就使得軸端20與軸筒10之間具有較好的過渡連接結構，不會由於外周壁不相適應而在使用過程中影響銷軸的性能。為了進一步地加強銷軸的結構強度，在至少一個軸端20與軸筒10配合的端部設 置有凸起21，該凸起21套設在軸筒10內。優選地，銷軸兩端的軸端20上均設置有凸起21。凸起21的外周壁設置有外螺紋，軸筒10的內周壁設置有與凸起21的外螺紋配合的內螺紋，軸端20與軸筒10的連接螺紋位於銷軸的純受彎矩段。該凸起21可以為環形凸起，也可以為繞軸端20的中心軸線周向分布的多個凸起。此外，還可以在軸筒10與軸端20之間進行焊接，且使軸筒10與軸端20之間的連接焊縫位於銷軸的純受彎矩段。使軸端20與軸筒10的連接焊縫、連接螺紋分布在純受彎矩段，有效降低了焊縫、螺紋受力。軸筒10的內壁通過螺紋與軸端20相連，有效降低了連接焊縫的受力，提高了焊縫的疲勞壽命。在其他的實施例當中，也可以使凸起21與軸筒10之間為光軸配合，而使軸端20與軸筒10之間僅為焊接，由於銷軸的凸起21部分主要承受彎矩作用，將凸起21與軸筒10之間設置為光軸配合，不會影響銷軸的受力結構，且降低了銷軸的加工難度。而將銷軸與軸端20與軸筒10分開加工，然後進行連接，就可以將軸端20與軸筒10分別熱處理之後再焊接成為一個整體，因此銷軸的內外表面都能得到充分地調製和淬火，大大增加了銷軸的整體強度。為了進一步地減輕銷軸的重量，對於處於銷軸的純受彎矩區域的凸起21部分，可將其設置為空心結構，如此既不會影響銷軸的結構強度，又進一步地減輕了銷軸的重量。優選地，凸起的內周表面沿銷軸軸向的長度大於外周表面沿銷軸軸向的長度。為了能夠保證軸端20與軸筒10之間的焊接結構的穩定性，需要使焊接部分位於銷軸的純受彎矩段，因此，在設計時，需要使軸端20與軸筒10配合的部分結構也位於銷軸的純受彎矩段內，以防止銷軸在使用過程中由於焊接部分處於混合作用力段，而影響焊接結構的穩定性。在這種銷軸結構中，凸起21的空心結構可以從銷軸的純受彎矩段一直延伸到軸端20的混合受力區域，也即，使凸起21的內部空心結構沿銷軸軸向的長度大於外周表面與軸筒10配合的部分沿銷軸軸向的長度，這也在不影響銷軸的結構強度的前提下，減輕了進一步地銷軸的重量。對於銷軸兩端端面處的應力較小的區域，還可以在軸端20遠離軸筒10的一端的端部設置凹槽22，該凹槽22位於軸端20端面的中心，且凹槽22的深度不應影響到銷軸的軸端20處於連接狀態時的結構強度。在銷軸兩端的軸端20內設置有導油孔23，導油孔23從軸端20的外端面連通至軸端20的外周壁，用於將潤滑油等倒入至銷軸與轉動件的轉動配合面處，以減小銷軸的磨損，延長銷軸的使用壽命。
根據本發明的實施例，一種轉動連接結構包括至少第一轉動件和第二轉動件，第一轉動件和第二轉動件通過銷軸轉動連接，該銷軸為上述的銷軸。該銷軸包括位於第一轉動件和第二轉動件內的混合受力段，以及位於兩側的混合受力段之間的純受彎矩段，軸筒10的空心結構沿銷軸的軸向方向貫穿整個純受彎矩段。根據本發明的實施例，一種臂架連接結構包括轉動連接的第一節臂和第二節臂，第一節臂套設於第二節臂內，第一節臂的連接端的銷軸安裝孔兩端分別固定設置有軸套座，兩個軸套座之間通過軸套板固定連接，軸套座孔內嵌設有軸套，第二節臂的內側面與軸套座的外端面抵接，銷軸穿設在第二節臂的銷軸安裝孔以及軸套內，該銷軸為上述的銷軸，銷軸的軸端20設置在軸套座和第二節臂內，軸筒10設置在兩個軸套座之間。根據本發明的實施例，一種工程機械包括用於轉動連接的銷軸，該銷軸為上述的銷軸。從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果軸端上設 有繞軸端中心線對稱分布的凸起，凸起上遠離軸端中心線的一邊設有內螺紋結構，軸筒為空心軸筒，軸筒的內壁分別與凸起遠離軸端中心線的外周壁相連接，軸筒與凸起相接觸的部分設有內螺紋結構，與凸起上的外螺紋結構緊密配合，軸筒的兩端分別與兩軸端焊接，軸端的實體部分構成了銷軸的彎剪組合段，用於抵抗傳遞下來的剪力載荷與彎矩載荷，軸端上的凸起與軸筒連接後形成的空腔段構成了銷軸的純彎段，用於抵抗傳遞下來的彎矩載荷量，實現銷軸材料達到最優分布，有效減少了長銷軸重量。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種銷軸，其特徵在於，包括空心的軸筒(10)和固定連接在所述軸筒(10)兩端的實心的軸端(20)。
2.根據權利要求I所述的銷軸，其特徵在於，所述軸端(20)的外周壁與所述軸筒(10)的外周壁相齊平。
3.根據權利要求I所述的銷軸，其特徵在於，至少一個所述軸端(20)與所述軸筒(10)配合的端部設置有凸起(21)，所述凸起(21)套設在所述軸筒(10)內。
4.根據權利要求3所述的銷軸，其特徵在於，所述凸起(21)的外周壁設置有外螺紋，所述軸筒(10)的內周壁設置有與所述凸起(21)的外螺紋配合的內螺紋。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的銷軸，其特徵在於，所述軸筒(10)與所述軸端(20)之間為焊接，所述軸筒(10)與所述軸端(20)之間的連接焊縫位於所述軸筒(10)的空心段。
6.根據權利要求3或4所述的銷軸，其特徵在於，所述凸起(21)為空心結構，且所述凸起(21)的內周表面沿銷軸軸向的長度大於外周表面沿銷軸軸向的長度。
7.根據權利要求I至4中任一項所述的銷軸，其特徵在於，所述軸端(20)遠離所述軸筒(10)的一端的端部具有位於中心的凹槽(22)。
8.根據權利要求I所述的銷軸，其特徵在於，所述軸端(20)內設置有導油孔(23)。
9.一種轉動連接結構，包括至少第一轉動件和第二轉動件，所述第一轉動件和所述第二轉動件通過銷軸轉動連接，其特徵在於，所述銷軸為權利要求I至8中任一項所述的銷軸。
10.根據權利要求9所述的轉動連接結構，其特徵在於，所述銷軸包括位於所述第一轉動件和所述第二轉動件內的混合受力段，以及位於兩側的所述混合受力段之間的純受彎矩段， 所述軸筒(10)沿所述銷軸的軸向方向貫穿整個所述純受彎矩段。
11.一種臂架連接結構，包括轉動連接的第一節臂和第二節臂，所述第一節臂套設於所述第二節臂內，所述第一節臂的連接端的銷軸安裝孔兩端分別固定設置有軸套座，兩個所述軸套座之間通過軸套板固定連接，所述軸套座孔內嵌設有軸套，所述第二節臂的內側面與所述軸套座的外端面抵接，銷軸穿設在所述第二節臂的銷軸安裝孔以及所述軸套內，其特徵在於，所述銷軸為權利要求I至8中任一項所述的銷軸，所述銷軸的軸端(20)設置在所述軸套座和所述第二節臂內，所述軸筒(10)設置在兩個所述軸套座之間。
12.—種工程機械，包括用於轉動連接的銷軸，其特徵在於，所述銷軸為權利要求I至8中任一項所述的銷軸。
全文摘要
本發明提供了一種銷軸、轉動連接結構、臂架連接結構和工程機械。該銷軸包括空心的軸筒(10)和固定連接在軸筒(10)兩端的實心的軸端(20)。根據本發明的銷軸，能夠在保證銷軸的連接強度的同時降低銷軸的重量，減輕工作人員的勞動強度。
文檔編號F16C11/00GK102797741SQ20121027386
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者餘德海, 李鄉安, 鄺昊 申請人:中聯重科股份有限公司