軋機輥端聯軸器改造及結構與強度分析

討論了滑塊式萬向聯軸器與十字軸式萬向聯軸器的優缺點，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軸器進行結構和強度方面分析。

某中板廠3500軋機主傳動接軸輥端采用滑塊式萬向聯軸器，經常出現銅滑塊磨損及消耗過快的現象，造成設備檢修次數頻繁，嚴重影響了生產。由于銅滑塊的磨損是滑塊式聯軸器本身結構設計不完善造成的一個無法 根 除的弊病，所以為了設備隱患，該廠決定用十字軸式萬向聯軸器替代滑塊式聯軸器，受軋輥直徑的限 制需要對輥端十字軸式萬向聯軸器上下關節進行錯開分布設計，以加大關節的回轉直徑。在整個改造設計中采用了三維CAD建模、并針對關節采用裝配體有限元分析方法進行分析和討論。

十字軸式與滑塊式萬向聯軸器比較

2.1易損件壽命

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

2.2傳動效率

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

2.3傳動平穩性、噪音

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

2.4維護、保養

十字軸式萬向聯軸器減少了維護、保養的工作，節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約80萬元成本。

2.5潤滑

十字軸式萬向聯軸器潤滑性質好，密封性能好，不漏油，不污染環境，改 善了工作條件，而滑塊式萬向聯軸器潤滑性能較差，為開式潤滑，污染環境。

(1)經過分析知道十字軸較大Mises應力發生在圓弧過渡處，因此要特別注意此處的表面加工方法，避免此處表面產生裂紋，除表面滲碳淬火以提高表面和產生表面預壓應力外，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，將滾子由直母線設計改為凸度母線設計，并在滾子端部采用深孔結構，通過這兩種改進可變大滾子端部的彈性降低邊緣接觸效應，減少滾子端面的

摩擦以提高軸承的疲勞壽命，同時根據接觸應力分布規律，在接觸應力較大部位變加軸承內圈結構以保護十字軸，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，發現銅滑塊和銷軸的應力集中非常明顯（銷軸的應力集中達到1078MPa，滑塊的Mises應力達到724MPa，接觸應力達到1124MPa）；應力值比較大，這些是造成銅滑塊容易磨損，銷軸容易斷裂的重要原因，同時扁頭的等效應力值過大（803MPa）容易造成其斷裂，而虎口的應力（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。