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    對十字軸式萬向聯軸器的分析探討

    2021-03-27 10:44:00

    對十字軸式萬向聯軸器的分析探討

       萬向聯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、軸承座及叉架結構優化設計及強度問題,改進后的十字軸式萬向聯軸器具有傳動率高、傳遞扭矩大、傳動平穩、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等優點,近年來越來越多地應用于軋機主傳動系統中。十字軸式萬向軸在實際生產中經常出現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,這些事故的發生均與萬向軸的結構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,只有受力的半圈軸承滾動體承受載荷,而這半圈內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,其他的沿兩側逐漸減小,處在較兩側的滾動體受力為零(軸承座內孔的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,如不計兩軸的傾角,則構成兩力偶的力均在十字軸軸線平面內。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生疲勞,是裂紋和斷裂產生的根源。

    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構,軸承座根部一側受拉應力,另一側受壓應力,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構設計對法蘭叉架的強度影響很大。軸承座內孔圓周表面一側承受壓應力,一側則不受力。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產生接觸壓力,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間隙,而扭矩減小時,間隙會消失,從而產生沖擊,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。


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