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万向节联轴器寿命分析结构形式缺陷

2022-03-07 09:33:08

    鄂钢宽厚板厂4300 mm粗轧机为4辊可逆轧机,主传动系统包括主电机、中间轴、万向节、传动轴、接轴平衡装置、接轴定位装置及轧辊。实际生产中,主传动系统的故障主要发生在万向节部位,经常出现万向节十字轴折断、轴承座连接螺栓松动或拉断、叉头变形及断裂等问题(国内其他中厚板轧机也经常发生同类故障),万向节使用寿命一般为4-8个月。

1  SWC 1040型万向节型号及主要技术参数

    (I)性能参数。回转直径1040 mm,公称转矩8000 kN}m,疲劳转矩4800 kN-m,大转矩9600 kN-m,节点倾角0-8度  主传动万向轴参数。额定功率9000 k W (1拖1),万向轴转速(55-120 )r/min,理论转矩1563 kNw,轴线大折角4.3 度  轴承寿命大于10000 h

2十字轴式万向联轴器使用寿命分析

2.1有限元分析

    十字轴式万向联轴器的易损部件主要有叉头、十字轴和轴承盖等部位,相关的失效模式分析主要是对这3个部件进行有限元分析

    十字轴承载侧与非承载侧的应力呈近似对称分布,其中承载侧为拉应力,非承载侧主要是压应力十字轴的等效应力大值在轴头承载侧的2个过渡圆角处,并且存在较大的应力集中,此

处即为十字轴的危险断面。实际生产中出现的十字轴断裂也恰好在十字轴轴头与轴肩的过渡处,与有限元分析的结果吻合。

    叉头应力分布以轴线为中心,呈近似反对一称状态。叉头虎口接触圆弧处的等效应力高,叉头的高应力主要分布在2个区域,一处是叉头孔头部里端,受压应力作用,失效形式为磨损和形变;另一处叉头根部的应力为3向拉应力,与叉头体成45。角,由于应力集中,等效应力处于较 水平,此处为叉头裂纹发生的常见区域,所以一般选择与叉头体成45。角的根部作受力危险截面进行强度校验

2.2现有万向节常用装配结构形式存在的缺陷

    (1)H型结构缺陷①轴承滚珠直径大,润滑不充分,容易造成有些部位干磨,加快轴承和十字轴的磨损;②采用无内圈轴承,轴承或十字轴的磨损后修 复成本较高;③止推垫片不耐 冲 击,受严重冲击时发生塑性变形,失去止推作用。

    (2)CW型结构缺陷。①轴承外圈有固定轴承端盖的螺钉孔,造成轴承外圈应力集中;②密封结构为单唇结构设计,密封不可 靠,容易造成润滑脂泄漏,严重时造成轴承滚动体缺油加快磨损,即污染环境,又增加成本。③与十字轴根部接触的轴承端设计不合理,应力容易集中,轴承在重载、受冲击的工况下容易损坏