滑塊式萬向聯(lián)軸器和軋輥的裝配體有限元分析

滑塊式萬向接軸因其能在傾角較大情況下傳遞較大的扭矩而被廣泛應(yīng)用，但是延用至今的強(qiáng)度計(jì)算方法，或因假設(shè)條件多，使計(jì)算誤差大，或因經(jīng)驗(yàn)公式范圍有限而不能滿足進(jìn)一步研究的需要。利用有限元技術(shù)，對(duì)軋機(jī)滑塊式萬向聯(lián)軸器和軋輥的裝配體進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算出關(guān)鍵零件的危險(xiǎn)位置。因假設(shè)條件少，更符合實(shí)際情況,因此計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。

萬向聯(lián)軸器是軋鋼機(jī)主傳動(dòng)中的關(guān)鍵部件，用于傳遞軋制力矩。它的破壞將直接引起軋機(jī)停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。如某廠中厚板軋機(jī)滑塊式萬向聯(lián)軸器的扁頭，銅滑塊和軋輥傳動(dòng)側(cè)伸出端扁頭在半年內(nèi)斷裂兩次，

萬向聯(lián)軸器的應(yīng)力分析與強(qiáng)度校驗(yàn)常用的方法有解析法和有限元數(shù)值分析法二種[1]。由于萬向聯(lián)軸器零件（叉頭、扁頭、滑塊等）的形狀不規(guī)則，理論分析的難度較大，分析中不得不作一些載荷和結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化，使得解析法的結(jié)果和聯(lián)軸器的實(shí)際應(yīng)力和變形狀態(tài)具有較大的差別。過去對(duì)萬向聯(lián)軸器進(jìn)行強(qiáng)度分析，無論是基于材料力學(xué)還是有限元法大都是以零件作為分析對(duì)象[2]，接觸面上按照假設(shè)的壓力分布（如三角形）進(jìn)行加載。對(duì)叉頭、扁頭分別建模進(jìn)行應(yīng)力分析；由于滑塊與叉頭、扁頭的接觸問題是一種高度非線性行為，按照三角形壓力分布的假設(shè)加載或是在叉頭、扁頭受力位置加彈性邊界元都難以準(zhǔn)確反映零部件的實(shí)際受力情況，實(shí)際接觸狀態(tài)與假設(shè)不一致導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際狀況有較大差距。對(duì)滑塊式萬向聯(lián)軸器進(jìn)行整體分析，由于整個(gè)分析假設(shè)條件少，與實(shí)際吻合，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高。因此，探討準(zhǔn)確的建模及分析方法對(duì)萬向聯(lián)軸器和軋輥傳動(dòng)側(cè)伸出端進(jìn)行準(zhǔn)確的應(yīng)力分析就顯得重要。以某中厚板軋機(jī)的滑塊式萬向聯(lián)軸器和軋輥為研究對(duì)象，利用有限元方法對(duì)萬向聯(lián)軸器和軋輥進(jìn)行整體系統(tǒng)建模與分析，對(duì)其中的叉頭、滑塊、方軸、扁頭、襯板、軋輥之間的接觸面進(jìn)行接觸分析，找出關(guān)鍵零件的危險(xiǎn)部位。分析出的危險(xiǎn)部位與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際破壞情況吻合。

（1）采用整體系統(tǒng)建模，減少了假設(shè)條件，能夠更真實(shí)地反映系統(tǒng)及各個(gè)組成零件的受力狀態(tài)。扁頭，叉頭和軋輥傳動(dòng)側(cè)扁頭過渡部位的應(yīng)力較大位置，與實(shí)際斷裂位置吻合。（2）萬向聯(lián)軸器的叉頭、扁頭、銅滑塊、軋輥伸出端扁頭過渡部位應(yīng)力分布相對(duì)于軸線呈反對(duì)稱狀態(tài)。叉頭較危險(xiǎn)部位位于虎口后部非接觸圓弧處及前部過渡圓弧處。軋輥傳動(dòng)側(cè)伸出端的危險(xiǎn)處是與萬向聯(lián)軸器叉頭內(nèi)襯板相配合部分的扁頭過渡部位。（3）對(duì)于可逆式軋機(jī)，扁頭圓弧根部受到r≈-1的對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用，且該處應(yīng)力集中非常嚴(yán)重，是滑塊式萬向聯(lián)軸器較危險(xiǎn)的部位。