矫直机万向联轴器的断裂研究及仿真优化


辊式矫直机的主传动系统是矫直机整个系统中较重要也是较薄弱的环节,它将主电机的运动和力矩传递给矫直辊。矫直机主传动系统普遍采用电机、减速齿轮分配箱、安 全联轴器、万向联轴器到矫直辊的传动方式。其中万向联轴器是传递运动和力矩的关键部件,同时也是主传动系统中较危险的环节,是矫直机故障较为频繁的部位。


以某矫直机的万向联轴器作为研究对象,从内因和外因两方面入手,对其进行了综合分析。主要研究内容如下:(1)对矫直模型进行扭矩分析,建立矫直扭矩计算模型,通过有限元仿真分析矫直辊磨损对矫直扭矩的影响。提出改 善扭矩分配不均的措施,进而改 善万向联轴器的受力状况;(2)利用有限元方法对万向联轴器进行静力分析,得出不同工作角度下,应力值及受力较大值部位的变化情况。由此得出在万向联轴器静力分析中考虑工作角度的必然性;(3)利用ANSYS模态分析功能,求出万向联轴器前10阶振型与有频率。首先根据不同工作角度下深受的固有频率值的变化情况来确定工作角度与万向联轴器模态的关系,然后通过进一步求得的临界转速与实际工作转速进行对比,确定十字轴式万向联轴器能否平稳运转,即确定共振是否为万向联轴器发生断裂事故的原因;(4)根据静力分析和模态分析结果,找到万向联轴器发生裂事故的原因。针对断裂原因对万向联轴器进行优化,并将优化前后的受力情况进行对比;(5)利用有限软件对优化前后万向联轴器进行寿命分析,对比其疲劳寿命、安 全系数以及疲劳敏 感系数值,从而确定较佳的优化方式。


万向联轴器应该如何选择

在选择万向联轴器时应根据选用者各自实际情况和要求,综合考虑上述各种因素,从现有标准联轴器中选取适合自己需要的联轴器品种、型式和规格。一般情况下现有的标准联轴器基本可以满足不同工况的需要。

由于动力机的驱动转矩及工作机的负载载矩不稳定,以及由传动零件制造误差引起的冲击和零件不平衡离心惯性力引起的动载荷,使得传动轴系在变载荷(周期性变载荷及非周期性冲击载荷)下动行产生机械振动,这将影响机械的使用寿命和性能,破坏仪器、仪表的正常工作条件,并对轴系零件造成附加动应力,当总应力或交变应力分别超过允许限制时,万向联轴器会使零件产生破坏或疲劳破坏。在设计或选用传递转矩和运动用的联轴器时,应进行扭振分析和计算,其目的在于求击轴系的固有频率,以确定动力机的各阶临界转速,从而算出扭振使轴系及传动装置产生的附加载荷和应力。信守合同时采用减振缓冲措施,其基本原理是合理的匹配系统的质量、刚度、阻尼及干扰力的大小和频率,使传动装置不在共振区的转速范围内运转,或在运转速度内范围不出现强烈的共振现象。另一个行之效果优良的方法是在轴系中采用高柔度的弹性联轴器,简称高弹(性)联轴器,以降低轴系的固有频率,并利用其阻尼特性减小扭振振幅。

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