萬向接軸是軋鋼機主傳動中的關鍵部件，用于傳遞軋制力矩。由于受空間的限制，萬向接軸的尺寸較小，一般接軸直徑要比軋輥直徑小5～15mm或為軋輥名義直徑的85%～95%，這使得萬向接軸往往成為主傳動裝置中強度最小的部件，需要對其進行有限元分析。當前，國內(nèi)外大型軋機接軸斷裂事故屢見不鮮，如某初軋廠的初軋機滑塊式萬向接軸扁頭斷裂、某1700熱軋廠R1軋機滑塊式萬向接軸扁頭斷裂、某中板廠2800四輥軋機十字軸式萬向接軸斷裂事故等，國外的接軸事故也時有報道。常用的萬向接軸有滑塊式萬向接軸和十字軸式萬向接軸二種。其中十字軸式萬向接軸具有傳動效率高、傳遞扭矩大、傳動平穩(wěn)、潤滑條件好、噪音低、使用壽命長、允許傾角大和適用于高速運轉(zhuǎn)等優(yōu)點，近年來，它已越來越多地應用于軋鋼機主傳動系統(tǒng)上，并有逐步取代滑塊式萬向接軸的趨勢。
       十字軸式接軸在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的事故有十字軸的折斷，軸承座安裝螺栓的松動或拉斷，叉形座根部裂紋及十字軸表面壓痕等。所有這些均和其結(jié)構(gòu)設計及制造工藝不合理有關。本文以某廠2800中板軋機的十字軸式接軸為例對其中主要問題進行探討。
       十字軸整體上的受力可簡化為大小相同、方向相反的二對力偶(圖1)。這兩對力偶矢量處于主動軸與被動軸所決定的平面內(nèi)。如不計兩軸傾角(可忽略)，則構(gòu)成兩力偶的力均處于十字軸軸線平面內(nèi)。
       在十字軸的每個軸頭上，軸承座給予的壓力由滾針軸承施加，在分析模型上設該力在沿軸向的滾子有效接觸長度上均勻分布(研究表明，在傳遞力矩一定的情況下，力在軸頭軸向的分布對其根部危險斷面處的應力水平影響不大)。在軸頭每個斷面的圓周方向，只有半圈內(nèi)的滾動體承受負荷(圖2)，而各滾動體承受負荷的大小是不同的，中間的滾動體受力大，為Fmax，兩則各滾子受力分別為F1…Fn，逐漸減小，處在水平位置的滾動體完全不受力。各力與軸承負荷作用線所成的角度分別為h，2h，…，nh(nh≤90°)。
       由于十字軸結(jié)構(gòu)和載荷均是對稱的(圖1)，其變形后相鄰軸頭兩兩并攏或分開，但其間的45°對稱面仍保持為平面，且沿垂直于平面的方向無相對位移，即該對稱面上的點僅在該平面內(nèi)移動。因此，對十字軸進行力學分折時可以僅研究由兩個45°對稱面剖分析1/4十字軸，每一部分為一個根部(45°對稱面)無垂直移動的懸臂梁。圖3為某2800中板軋機的接軸十字軸模型，模型中軸頭根部的兩個過渡角分別為RA=10mm，RB=2.5mm，均等于相應的臺肩高度。
       計算時采用八節(jié)點六面體等參數(shù)單元和六節(jié)點三棱柱單元(邊角處)。為保證其力學等價，對在45°對稱面和中分面等對稱剖分面上的點施加相應的垂直約束。


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