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)。
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