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滑块式万向联轴器和轧辊的分析

2021-03-06 09:41:28

滑块式万向联轴器和轧辊的装配体有限元分析

滑块式万向接轴因其能在倾角较大情况下传递较大的扭矩而被广泛应用,但是延用至今的强度计算方法,或因假设条件多,使计算误差大,或因经验公式范围有限而不能满足进一步研究的需要。利用有限元技术,对轧机滑块式万向联轴器和轧辊的装配体进行强度计算,计算出关键零件的危险位置。因假设条件少,更符合实际情况,因此计算结果准确。

万向联轴器是轧钢机主传动中的关键部件,用于传递轧制力矩。它的破坏将直接引起轧机停产,经济损失严重。如某厂中厚板轧机滑块式万向联轴器的扁头,铜滑块和轧辊传动侧伸出端扁头在半年内断裂两次,

万向联轴器的应力分析与强度校验常用的方法有解析法和有限元数值分析法二种[1]。由于万向联轴器零件(叉头、扁头、滑块等)的形状不规则,理论分析的难度较大,分析中不得不作一些载荷和结构上的简化,使得解析法的结果和联轴器的实际应力和变形状态具有较大的差别。过去对万向联轴器进行强度分析,无论是基于材料力学还是有限元法大都是以零件作为分析对象[2],接触面上按照假设的压力分布(如三角形)进行加载。对叉头、扁头分别建模进行应力分析;由于滑块与叉头、扁头的接触问题是一种高度非线性行为,按照三角形压力分布的假设加载或是在叉头、扁头受力位置加弹性边界元都难以准确反映零部件的实际受力情况,实际接触状态与假设不一致导致计算结果与实际状况有较大差距。对滑块式万向联轴器进行整体分析,由于整个分析假设条件少,与实际吻合,计算结果准确度高。因此,探讨准确的建模及分析方法对万向联轴器和轧辊传动侧伸出端进行准确的应力分析就显得重要。以某中厚板轧机的滑块式万向联轴器和轧辊为研究对象,利用有限元方法对万向联轴器和轧辊进行整体系统建模与分析,对其中的叉头、滑块、方轴、扁头、衬板、轧辊之间的接触面进行接触分析,找出关键零件的危险部位。分析出的危险部位与现场实际破坏情况吻合。

(1)采用整体系统建模,减少了假设条件,能够更真实地反映系统及各个组成零件的受力状态。扁头,叉头和轧辊传动侧扁头过渡部位的应力较大位置,与实际断裂位置吻合。(2)万向联轴器的叉头、扁头、铜滑块、轧辊伸出端扁头过渡部位应力分布相对于轴线呈反对称状态。叉头较危险部位位于虎口后部非接触圆弧处及前部过渡圆弧处。轧辊传动侧伸出端的危险处是与万向联轴器叉头内衬板相配合部分的扁头过渡部位。(3)对于可逆式轧机,扁头圆弧根部受到r≈-1的对称循环应力作用,且该处应力集中非常严重,是滑块式万向联轴器较危险的部位。