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一种新型高压、高速旋转接头结构的研究及分析
公布于：20019.8.28标签：高速旋转接头，高压旋转接头，液压旋转接头
文介绍一种新型高压、高速旋转接头.结构的设计及分析，重点介绍了其结构设计的原理、相关计算公式、关键零件的材料处理等，为从事高压、高速旋转接头研究和应用者提供参考。
前言 在几乎所有工业领域，只要在固定件和旋转机器之间存在有液体和气体介质需要传输，人们就必然使用旋转接头这一精密连接件。譬如：专用机床、深孔钻机、玻璃机械等。在日益发展的冶金行业，高压、高速旋转接头的使用也越来越广泛，其中在薄板轧机上开卷机中的应用，是高压、高速旋转接头在冶金行业中应用的经典范例。与传统企业生产的高压、高速旋转接头相比，此旋转接头（本文所指的旋转接头都是指高压、高速型旋转接头的简称）具有如下优点：
（1）间隙密封技术的应用，可实现摩擦力小、长久耐用；
（2）静压控制间隙的密封技术，就是在压力恒定的情况下，密封间隙保持恒定；
（3）液压伺服自动调心控制技术，就使在工作压力不断变化的情况下，密封间隙仍然保持不变，同轴度也随着变化（压力越高，同轴度也越高）；
（4）特殊的表面热处理，使转子与定子间真正实现减磨自润滑的“膜轴承”效应；
外形以及结构
旋转接头的外形及结构如图 1 所示，旋转接头的芯轴做高速旋转运动而壳体静止不动。旋转接头的芯轴通常与液压缸固定连接在一起，与主机一起旋转。工作介质经过管路进入旋转接头壳体上的工作油口 A 或B，经过固定不动的壳体 7 和固定不动的伺服环 5 输入与主机一起做旋转运动的芯轴 1 后至主机，从而实现了工作介质在旋转件间的持续传输。
优点的实现过程及原理
间隙密封是一种最简单而应用广泛的密封方法。它是依靠相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏的。旋转接头在实际中的应用确定了它是允许存在一定量的泄漏量，允许一定量的压力损失。一定量的泄漏量通过泄漏口 C 带走旋转接头两端上的主轴轴承在工作过程中产生的热量，可以防止旋转接头在工作过程中 A 工作油口与 B 工作油口之间的窜油。间隙过大，泄漏量就过大，压力损失也就越大，致使实际的工作压力满足不了工作需要；间隙过小，太少的泄漏量带不走旋转接头在工作过程中产生的热量，致使旋转接头的芯轴 （转子）1 与伺服环 5 之间的配合面会因发热而“抱死”。理想的密封间隙是通过下面的公式与实践需要相互结合而产生的，图 2 为环形间隙简图。流体流 过间隙时单位流量的压力损失为： δp=Δp/q=12μL/（πDH3） 式中 δp———单位流量的压力损失；
旋转接头可以借助高压工作介质在通过旋转接头输入主机的过程中，对其结构实施有效控制，从而实现用静压来控制间隙的密封技术及液压伺服自动调心控制。如图 3 所示。服环 5 上两侧的高精密“O”形圈 6 上，从而产生巨大的环形侧向力 Fp。“O”形圈在侧向压力 Fp 作用下，产生径向塑性变形。“O”形圈把此变形能转换成对伺服环 5 的圆周浮力 Fk。伺服环 5 的重力 G 与高精密“O”形圈 6 因伺服环 5 重力而产生的变形力 Fn 及圆周浮力 Fk 共同 作用到伺服环 5 上，从而产生一个力的平衡方程（一）： G+Fn+Fk=0，其中参数 G 的大小是确定的，是常量，Fn 及Fk 随着工作压力 p 的变化而变化。p 越大，则 Fp 就越大，Fk 就越大，高精密“O”形圈 6 的强度也随之增大；当工作压力 p 增大到一定量时，高精密“O”形圈 6 在侧向压力 Fp 的作用下产生巨大的径向变形力 Fk，“O”形圈 6极小的变形量就可以消除伺服环 5 的重力，从力的平衡方程（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。当伺服环 5 的重力 G、及因伺服环 5 重力 G 而产生的变形力 Fn 和圆周浮力 Fk 任 何一个参数发生变化，力的平衡方程（一）将自动归零。从几何结构上说，就是维持伺服环 5 内孔的直径与旋转接头的芯轴 1 同轴心，达到接近理想状态的同轴度，维持圆周方向的间隙恒定。工作压力 p 越大（设计允许范围内），则伺服环 5 伺服自动调心能力就越强。旋转接头以工作压力 p 为源动力，对其本体实现了静压控制间隙的密封及液压伺服自动调心的控制。
目前国内企业生产的旋转接头根本不具备竞争力，其原因主要是设计思维陈旧落后，芯轴与定子间很容易因旋转接头的持续工作发热而“抱死”。欣德利设计思维新颖且效果极好，旋转接头内部结构永不“抱死”，即使工作介质遭受到严重污染，有巨大颗粒存在时，此旋转接头仍然可以持续工作一段时间，当工作压力 p 满足不了工作要求时，更换伺服环 5 就可以继续工作了，易维修。采用此思维设计的旋转接头目前完全可以满足国内冶金行业的需求。
部分旋转接头型号参考：