轧机万向联轴器十字轴断裂分析与改进设计

轧机万向联轴器十字轴断裂分析与改进设计

运用宏观断口分析技术、机械设备检侧分析技术、材料机械性能分析技术及三维有限元分析技术等现代综合分析的方法，对某中板厂3500轧机主传动万向联轴器十字轴断裂事故进行了分析、确定了事故的主要原因是十字轴圆弧过渡处疲劳强度不足「运用有限元分析软件ANSYS 讨论十字轴万向联轴器关节主要结构尺寸进行了改进设计‘改进后的十字轴圆弧过渡处最大应力部位的等效应力为560.59M Pa，比原设计降低了13.10%;改进后的法兰叉最大应力部位的等效应力为181.41MPa，比原设计降低了13.0%

关键词:综合分析法;十字轴;万向联轴器;等效应力 3十字轴断裂原因分析

3.1宏观断口形貌分析

      十字轴的断裂发生在圆弧过渡段，其宏观断口照所示断口裂源区、裂纹扩展区b和瞬间断裂区C三个区域组成裂纹扩展区B有明显的’.贝壳状”条纹，属于典型的疲劳断裂贝壳状”条纹表示裂纹前沿在间歇扩展时的依次位置，为轧辊在咬钢和抛钢时因载荷变动较大所造成的，在裂源区，其磨平区域从表面开始，表明断裂起始于表面裂纹裂纹扩展区K.“贝壳状”条纹扩一展速度不同，中间的扩展速度大于两侧，表明轴头以承受循环弯矩为主.宏观断口表明，疲劳源在十字轴一侧根部，向另一侧根部扩展，井在另一侧根部发生瞬间断裂

    针对轧机上主传动轴轧辊侧十字轴断裂的情况，通过调用PDA记录仪对轧机的监测结果如下:

    (I)咬钢时超过3倍额定扭矩的情况有发生;     (2)咬钢时上辊扭矩大于下辊扭矩，初轧道次的扭矩基本均超过2.5倍额定扭矩，咬钢时的扭矩初轧道次平均扭矩基本都超过1.5倍额定扭矩。轧机在轧制的过程中，其轧制对象绝大多数是X80系列的高强板对单块X80钢板的轧制道次的力矩数据进行采样.对于强度高且宽度较宽的钢板，粗轧次基本都非常大，都在2倍额定力矩左右，咬钢时还有超过3额定力矩的现象;对于中等强度但较宽的钢板，力矩也相当大。 影响主传动系统零部件疲劳破坏的主要负荷不是稳态轧力矩，而是轧件被轧辊咬人和抛出时产生的峰值扭矩。研究的轧机的额定扭矩为M =955kN "m，过载扭矩为T=2626kN " m，峰值扭矩为T,=2865kN " m , X80钢板连续轧钢的道次力矩采样数据进行采样分析，测得轧辊在咬钢和抛钢时.其平均峰值扭为额定扭矩的2.60倍，即为2483kN"m