對十字軸式萬向聯(lián)軸器的分析探討

   萬向聯(lián)軸器是軋機主傳動中的關鍵部件，用于傳遞軋制扭矩。由于受空間的限制，要求萬向聯(lián)軸器的尺寸要小，一般萬向軸的直徑要比軋輥直徑小5—15mm，或為軋輥名義直徑的85一95，這使得萬向軸往往成為主傳動裝置中強度較小的部件。本文討論了棒材軋鋼十字軸式萬向聯(lián)軸器十字軸、軸承座及叉架的受力分析，并運用了實體設計分析軟件對十字軸、軸承座及叉架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計及強度問題，改進后的十字軸式萬向聯(lián)軸器具有傳動率高、傳遞扭矩大、傳動平穩(wěn)、潤滑條件好、噪音低、使用壽命長、允許傾角大和使用于高速運轉(zhuǎn)等優(yōu)點，近年來越來越多地應用于軋機主傳動系統(tǒng)中。十字軸式萬向軸在實際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的事故有十字軸的折斷、軸承座的連接螺栓松動或拉斷、叉架的變形及斷裂等，這些事故的發(fā)生均與萬向軸的結(jié)構(gòu)設計及制造工藝有非常大的關系。以粗軋機萬向軸的使用及改進等問題進行探討。

1萬向軸的受力分析1．1十字軸的受力分析在十字軸的每個軸頭上，軸承座給十字軸的壓力由滾針軸承承擔，假設該力在沿軸向滾子有 效接觸長度上均勻分布，則在十字軸斷面內(nèi)，只有受力的半圈軸承滾動體承受載荷，而這半圈內(nèi)各滾動體承受載荷的大小是不同的，中間的滾動體受力較大，其他的沿兩側(cè)逐漸減小，處在較兩側(cè)的滾動體受力為零(軸承座內(nèi)孔的anT精度對此也影響較大)。而十字軸的受力是半圈滾動體所受力的合力。簡化為大小相同、方向相反的兩對力偶。這兩對力偶處于主傳動與被傳動軸所決定的平面內(nèi)，如不計兩軸的傾角，則構(gòu)成兩力偶的力均在十字軸軸線平面內(nèi)。通過在實體設計及分析軟件中建立十字軸的實體模型，將實際中十字軸受到的力與力矩作用于十字軸4個軸頭受力的半圓柱面上，則可顯示整個十字軸的應力值分布、各部位受力后的位移以及及強度安 全系數(shù)等。分析表明，十字軸頭的截面積剪切應力與扭矩滿足要求，但是軸頭根部兩過渡圓角的應力值是受力中的較大值，應力梯度非常大，尤其是圓角較小的R1處更是如此，應力集中較為明顯，在交變載荷下及易產(chǎn)生疲勞，是裂紋和斷裂產(chǎn)生的根源。

1.2法蘭叉架及軸承座的受力分析法蘭叉架軸承座可看作是懸臂梁結(jié)構(gòu)，軸承座根部一側(cè)受拉應力，另一側(cè)受壓應力，其叉架根部不僅受到大小為F的力作用，還受到力矩的作用。在此力與力矩的交變作用下，叉架軸承座與法蘭連接的根部便是疲勞產(chǎn)生與斷裂的根源。由此，軸承座的中 心高度H和軸承座根部過渡圓弧大小的結(jié)構(gòu)設計對法蘭叉架的強度影響很大。軸承座內(nèi)孔圓周表面一側(cè)承受壓應力，一側(cè)則不受力。軸承座受的力通過連接軸承座的螺栓，使得螺栓承受拉應力，因此，螺栓的預緊力就顯得尤為重要。螺栓的預緊力使得上軸承座與下軸承座接觸面內(nèi)產(chǎn)生接觸壓力，隨著預緊力的變大，接觸壓力也上升。這種預緊力的變化隨傳遞扭矩的變大而變大。如果預緊力較小，而傳遞扭矩過大，則受力側(cè)的上下軸承座間壓力可能下降為琴，這時上下軸承座間將出現(xiàn)間隙，而扭矩減小時，間隙會消失，從而產(chǎn)生沖擊，而此時為傳動，與其對稱的另一軸承座將會受到很大的力而導致疲勞斷裂，這對十字軸的使用壽命是及為不利的。另一方面，如果螺栓的預緊量太大，螺栓的拉應力也隨著變大，螺栓及易被拉斷。所以螺栓的預緊量應根據(jù)不同的扭矩確定合適的一個范圍，葆怔上下軸承座的接觸狀態(tài)。