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轧机辊端联轴器改造及结构与强度分析

2021-03-02 11:26:22

轧机辊端联轴器改造及结构与强度分析

讨论了滑块式万向联轴器与十字轴式万向联轴器的优缺点,然后阐述采用三维CAD、装配体有限元分析方法对改造后的3500轧机辊端十字轴式万向联轴器进行结构和强度方面分析。

某中板厂3500轧机主传动接轴辊端采用滑块式万向联轴器,经常出现铜滑块磨损及消耗过快的现象,造成设备检修次数频繁,严重影响了生产。由于铜滑块的磨损是滑块式联轴器本身结构设计不完善造成的一个无法 根 除的弊病,所以为了消除设备隐患,该厂决定用十字轴式万向联轴器替代滑块式联轴器,受轧辊直径的限 制需要对辊端十字轴式万向联轴器上下关节进行错开分布设计,以加大关节的回转直径。在整个改造设计中采用了三维CAD建模、并针对关节采用装配体有限元分析方法进行分析和讨论。

十字轴式与滑块式万向联轴器比较

2.1易损件寿命

在回转直径相同的条件下,十字轴式万向联轴器内部的轴承组件等易损件寿命能达到1万h以上。而滑块式万向联轴器内部的铜滑块一般1000h就要换一次。

2.2传动效率

由于十字轴式万向联轴器的传动是靠滚动接触的轴承来实现的,工作时的径向间隙小,功率损失少,传动效率可高达98.7~99%,而滑块式万向联轴器只能达到80%上下。

2.3传动平稳性、噪音

十字轴式万向联轴器传动平稳,噪音只有30~40分贝,而滑块式万向联轴器传动时平稳性较差,噪音可达80~90分贝。

2.4维护、保养

十字轴式万向联轴器减少了维护、保养的工作,节约了备件及材料的消耗,仅电费、材料、油脂等三种消耗品每年每架中板四辊可逆轧机可节约80万元成本。

2.5润滑

十字轴式万向联轴器润滑性质好,密封性能好,不漏油,不污染环境,改 善了工作条件,而滑块式万向联轴器润滑性能较差,为开式润滑,污染环境。

(1)经过分析知道十字轴较大Mises应力发生在圆弧过渡处,因此要特别注意此处的表面加工方法,避免此处表面产生裂纹,除表面渗碳淬火以提高表面和产生表面预压应力外,表面粗糙度要在专用磨床上至少加工至Ra0.4。

(2)圆柱滚子为易损件,为提高其寿命,将滚子由直母线设计改为凸度母线设计,并在滚子端部采用深孔结构,通过这两种改进可变大滚子端部的弹性降低边缘接触效应,减少滚子端面的

摩擦以提高轴承的疲劳寿命,同时根据接触应力分布规律,在接触应力较大部位变加轴承内圈结构以保护十字轴,提高十字轴寿命。

(3)对此钢厂改造前的滑块式万向轴也做了有限元分析,发现铜滑块和销轴的应力集中非常明显(销轴的应力集中达到1078MPa,滑块的Mises应力达到724MPa,接触应力达到1124MPa);应力值比较大,这些是造成铜滑块容易磨损,销轴容易断裂的重要原因,同时扁头的等效应力值过大(803MPa)容易造成其断裂,而虎口的应力(731MPa)易造成虎口变形使得虎口与铜滑块的间隙日益变大(冲击间隙形成),相比而言在相同扭矩下十字轴式万向轴的受力情况要理想很多。