對十字軸式萬向聯(lián)軸器強度分析及改進設(shè)計

萬向聯(lián)軸器是軋機主傳動中的關(guān)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%-，這使得萬向軸往往成為主傳動裝置中強度較小的部件。十字軸式萬向聯(lián)軸器具有傳動、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(shè)計及制造工藝有非常大的關(guān)系。目前，我廠粗軋萬向軸的此類斷裂事故較為頻繁，對生產(chǎn)影響較大。本文以我廠粗軋機萬向軸的使用及改進等問題進行探討。

萬向軸的受力分析

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(shè)該力在沿軸向滾子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，處在兩側(cè)的滾動體受力為零（軸承座內(nèi)孔的加工精度對此也影響較大）。而十字軸的受力大小則是半圈滾動體所受力的合力。

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零，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，上下軸承座的接觸狀態(tài)。

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零，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，上下軸承座的接觸狀態(tài)。