滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器有限元分析

滑塊式萬(wàn)向接軸因其能在傾角較大情況下傳遞較大的扭矩而被廣泛應(yīng)用。萬(wàn)向聯(lián)軸器是軋鋼機(jī)主傳動(dòng)中的關(guān)鍵部件，用于傳遞軋制力矩。它的破壞將直接引起軋機(jī)停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。如某廠中厚板軋機(jī)滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器的扁頭，銅滑塊和軋輥傳動(dòng)側(cè)伸出端扁頭在半年內(nèi)斷裂兩次，利用有限元技術(shù)，對(duì)軋機(jī)滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器和軋輥的裝配體進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算出關(guān)鍵零件的危險(xiǎn)位置。因假設(shè)條件少，更符合實(shí)際情況,因此計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。

以某中厚板軋機(jī)的滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器和軋輥為研究對(duì)象，利用有限元方法對(duì)萬(wàn)向聯(lián)軸器和軋輥進(jìn)行整體系統(tǒng)建模與分析，對(duì)其中的叉頭、滑塊、方軸、扁頭、襯板、軋輥之間的接觸面進(jìn)行接觸分析，找出關(guān)鍵零件的危險(xiǎn)部位。分析出的危險(xiǎn)部位與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際破壞情況吻合。 （1）采用整體系統(tǒng)建模，減少了假設(shè)條件，能夠更真實(shí)地反映系統(tǒng)及各個(gè)組成零件的受力狀態(tài)。扁頭，叉頭和軋輥傳動(dòng)側(cè)扁頭過(guò)渡部位的應(yīng)力較大位置，與實(shí)際斷裂位置吻合。（2）萬(wàn)向聯(lián)軸器的叉頭、扁頭、銅滑塊、軋輥伸出端扁頭過(guò)渡部位應(yīng)力分布相對(duì)于軸線呈反對(duì)稱狀態(tài)。叉頭較危險(xiǎn)部位位于虎口后部非接觸圓弧處及前部過(guò)渡圓弧處。軋輥傳動(dòng)側(cè)伸出端的危險(xiǎn)處是與萬(wàn)向聯(lián)軸器叉頭內(nèi)襯板相配合部分的扁頭過(guò)渡部位。（3）對(duì)于可逆式軋機(jī)，扁頭圓弧根部受到r≈-1的對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用，且該處應(yīng)力集中非常嚴(yán)重，是滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器較危險(xiǎn)的部位。

萬(wàn)向聯(lián)軸器的應(yīng)力分析與強(qiáng)度校驗(yàn)常用的方法有解析法和有限元數(shù)值分析法二種。由于萬(wàn)向聯(lián)軸器零件（叉頭、扁頭、滑塊等）的形狀不規(guī)則，理論分析的難度較大，分析中不得不作一些載荷和結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化，使得解析法的結(jié)果和聯(lián)軸器的實(shí)際應(yīng)力和變形狀態(tài)具有較大的差別。過(guò)去對(duì)萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行強(qiáng)度分析，無(wú)論是基于材料力學(xué)還是有限元法大都是以零件作為分析對(duì)象，接觸面上按照假設(shè)的壓力分布（如三角形）進(jìn)行加載。對(duì)叉頭、扁頭分別建模進(jìn)行應(yīng)力分析；由于滑塊與叉頭、扁頭的接觸問(wèn)題是一種高度非線性行為，按照三角形壓力分布的假設(shè)加載或是在叉頭、扁頭受力位置加彈性邊界元都難以準(zhǔn)確反映零部件的實(shí)際受力情況，實(shí)際接觸狀態(tài)與假設(shè)不一致導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際狀況有較大差距。對(duì)滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行整體分析，由于整個(gè)分析假設(shè)條件少，與實(shí)際吻合，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高。