軋機輥端聯(lián)軸器改造及結(jié)構(gòu)與強度分析

討論了滑塊式萬向聯(lián)軸器與十字軸式萬向聯(lián)軸器的優(yōu)缺點，然后闡述采用三維CAD、裝配體有限元分析方法對改造后的3500軋機輥端十字軸式萬向聯(lián)軸器進(jìn)行結(jié)構(gòu)和強度方面分析。

某中板廠3500軋機主傳動接軸輥端采用滑塊式萬向聯(lián)軸器，經(jīng)常出現(xiàn)銅滑塊磨損及消耗過快的現(xiàn)象，造成設(shè)備檢修次數(shù)頻繁，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。由于銅滑塊的磨損是滑塊式聯(lián)軸器本身結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善造成的一個無法 根 除的弊病，所以為了設(shè)備隱患，該廠決定用十字軸式萬向聯(lián)軸器替代滑塊式聯(lián)軸器，受軋輥直徑的限 制需要對輥端十字軸式萬向聯(lián)軸器上下關(guān)節(jié)進(jìn)行錯開分布設(shè)計，以加大關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)直徑。在整個改造設(shè)計中采用了三維CAD建模、并針對關(guān)節(jié)采用裝配體有限元分析方法進(jìn)行分析和討論。

十字軸式與滑塊式萬向聯(lián)軸器比較

2.1易損件壽命

在回轉(zhuǎn)直徑相同的條件下，十字軸式萬向聯(lián)軸器內(nèi)部的軸承組件等易損件壽命能達(dá)到1萬h以上。而滑塊式萬向聯(lián)軸器內(nèi)部的銅滑塊一般1000h就要換一次。

2.2傳動效率

由于十字軸式萬向聯(lián)軸器的傳動是靠滾動接觸的軸承來實現(xiàn)的，工作時的徑向間隙小，功率損失少，傳動效率可高達(dá)98.7～，而滑塊式萬向聯(lián)軸器只能達(dá)到80%上下。

2.3傳動平穩(wěn)性、噪音

十字軸式萬向聯(lián)軸器傳動平穩(wěn)，噪音只有30～40分貝，而滑塊式萬向聯(lián)軸器傳動時平穩(wěn)性較差，噪音可達(dá)80～90分貝。

2.4維護(hù)、保養(yǎng)

十字軸式萬向聯(lián)軸器減少了維護(hù)、保養(yǎng)的工作，節(jié)約了備件及材料的消耗，僅電費、材料、油脂等三種消耗品每年每架中板四輥可逆軋機可節(jié)約80萬元成本。

2.5潤滑

十字軸式萬向聯(lián)軸器潤滑性質(zhì)好，密封性能好，不漏油，不污染環(huán)境，改 善了工作條件，而滑塊式萬向聯(lián)軸器潤滑性能較差，為開式潤滑，污染環(huán)境。

(1)經(jīng)過分析知道十字軸較大Mises應(yīng)力發(fā)生在圓弧過渡處，因此要特別注意此處的表面加工方法，避免此處表面產(chǎn)生裂紋，除表面滲碳淬火以提高表面和產(chǎn)生表面預(yù)壓應(yīng)力外，表面粗糙度要在磨床上至少加工至Ra0.4。

(2)圓柱滾子為易損件，為提高其壽命，將滾子由直母線設(shè)計改為凸度母線設(shè)計，并在滾子端部采用深孔結(jié)構(gòu)，通過這兩種改進(jìn)可變大滾子端部的彈性降低邊緣接觸效應(yīng)，減少滾子端面的

摩擦以提高軸承的疲勞壽命，同時根據(jù)接觸應(yīng)力分布規(guī)律，在接觸應(yīng)力較大部位變加軸承內(nèi)圈結(jié)構(gòu)以保護(hù)十字軸，提高十字軸壽命。

(3)對此鋼廠改造前的滑塊式萬向軸也做了有限元分析，發(fā)現(xiàn)銅滑塊和銷軸的應(yīng)力集中非常明顯（銷軸的應(yīng)力集中達(dá)到1078MPa，滑塊的Mises應(yīng)力達(dá)到724MPa，接觸應(yīng)力達(dá)到1124MPa）；應(yīng)力值比較大，這些是造成銅滑塊容易磨損，銷軸容易斷裂的重要原因，同時扁頭的等效應(yīng)力值過大（803MPa）容易造成其斷裂，而虎口的應(yīng)力（731MPa）易造成虎口變形使得虎口與銅滑塊的間隙日益變大（沖擊間隙形成），相比而言在相同扭矩下十字軸式萬向軸的受力情況要理想很多。