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对十字轴式万向联轴器的分析探讨

2021-03-27 10:44:00

对十字轴式万向联轴器的分析探讨

   万向联轴器是轧机主传动中的关键部件,用于传递轧制扭矩。由于受空间的限制,要求万向联轴器的尺寸要小,一般万向轴的直径要比轧辊直径小5—15mm,或为轧辊名义直径的85一95,这使得万向轴往往成为主传动装置中强度较小的部件。本文讨论了棒材轧钢十字轴式万向联轴器十字轴、轴承座及叉架的受力分析,并运用了实体设计分析软件对十字轴、轴承座及叉架结构优化设计及强度问题,改进后的十字轴式万向联轴器具有传动率高、传递扭矩大、传动平稳、润滑条件好、噪音低、使用寿命长、允许倾角大和使用于高速运转等优点,近年来越来越多地应用于轧机主传动系统中。十字轴式万向轴在实际生产中经常出现的事故有十字轴的折断、轴承座的连接螺栓松动或拉断、叉架的变形及断裂等,这些事故的发生均与万向轴的结构设计及制造工艺有非常大的关系。以粗轧机万向轴的使用及改进等问题进行探讨。

1万向轴的受力分析1.1十字轴的受力分析在十字轴的每个轴头上,轴承座给十字轴的压力由滚针轴承承担,假设该力在沿轴向滚子有 效接触长度上均匀分布,则在十字轴断面内,只有受力的半圈轴承滚动体承受载荷,而这半圈内各滚动体承受载荷的大小是不同的,中间的滚动体受力较大,其他的沿两侧逐渐减小,处在较两侧的滚动体受力为零(轴承座内孔的anT精度对此也影响较大)。而十字轴的受力是半圈滚动体所受力的合力。简化为大小相同、方向相反的两对力偶。这两对力偶处于主传动与被传动轴所决定的平面内,如不计两轴的倾角,则构成两力偶的力均在十字轴轴线平面内。通过在强大的实体设计及分析软件中建立十字轴的实体模型,将实际中十字轴受到的力与力矩作用于十字轴4个轴头受力的半圆柱面上,则可显示整个十字轴的应力值分布、各部位受力后的位移以及及强度安 全系数等。分析表明,十字轴头的截面积剪切应力与扭矩满足要求,但是轴头根部两过渡圆角的应力值是受力中的较大值,应力梯度非常大,尤其是圆角较小的R1处更是如此,应力集中较为明显,在交变载荷下及易产生疲劳,是裂纹和断裂产生的根源。

1.2法兰叉架及轴承座的受力分析法兰叉架轴承座可看作是悬臂梁结构,轴承座根部一侧受拉应力,另一侧受压应力,其叉架根部不仅受到大小为F的力作用,还受到力矩的作用。在此力与力矩的交变作用下,叉架轴承座与法兰连接的根部便是疲劳产生与断裂的根源。由此,轴承座的中 心高度H和轴承座根部过渡圆弧大小的结构设计对法兰叉架的强度影响很大。轴承座内孔圆周表面一侧承受压应力,一侧则不受力。轴承座受的力通过连接轴承座的螺栓,使得螺栓承受拉应力,因此,螺栓的预紧力就显得尤为重要。螺栓的预紧力使得上轴承座与下轴承座接触面内产生接触压力,随着预紧力的变大,接触压力也上升。这种预紧力的变化随传递扭矩的变大而变大。如果预紧力较小,而传递扭矩过大,则受力侧的上下轴承座间压力可能下降为琴,这时上下轴承座间将出现间隙,而扭矩减小时,间隙会消失,从而产生冲击,而此时为确保传动,与其对称的另一轴承座将会受到很大的力而导致疲劳断裂,这对十字轴的使用寿命是及为不利的。另一方面,如果螺栓的预紧量太大,螺栓的拉应力也随着变大,螺栓及易被拉断。所以螺栓的预紧量应根据不同的扭矩确定合适的一个范围,葆怔上下轴承座的接触状态。