十字轴式万向联轴器强度分析及改进设计的探讨

棒材轧钢十字轴式万向联轴器十字轴、轴承座及叉架的受力分析，并运用了实体设计分析软件对十字轴、轴承座及叉架结构优化设计及强度改进等问题。

万向联轴器是轧机主传动中的关键部件，用于传递轧制扭矩。由于受空间的限制，要求万向联轴器的尺寸要小，一般万向轴的直径要比轧辊直径小5-15mm，或为轧辊名义直径的85%-95%，这使得万向轴往往成为主传动装置中强度较小的部件。十字轴式万向联轴器具有传动效率高、传递扭矩大、传动平稳、润滑条件好、噪音低、使用寿命长、允许倾角大和使用于高速运转等优点，近年来越来越多地应用于轧机主传动系统中。十字轴式万向轴在实际生产中经常出现的事故有十字轴的折断、轴承座的连接螺栓松动或拉断、叉架的变形及断裂等，这些事故的发生均与万向轴的结构设计及制造工艺有非常大的关系。目前，我厂粗轧万向轴的此类断裂事故较为频繁，对生产影响较大。本文以我厂粗轧机万向轴的使用及改进等问题进行探讨。

1万向轴的受力分析

十字轴的受力分析在十字轴的每个轴头上，轴承座给十字轴的压力由滚针轴承承担，假设该力在沿轴向滚子有效接触长度上均匀分布，则在十字轴断面内，只有受力的半圈轴承滚动体承受载荷，而这半圈内各滚动体承受载荷的大小是不同的，如图1，中间的滚动体受力较大，其他的沿两侧逐渐减小，处在两侧的滚动体受力为零（轴承座内孔的加工精度对此也影响较大）。而十字轴的受力大小则是半圈滚动体所受力的合力。

轴承座内孔圆周表面一侧承受压应力，一侧则不受力。轴承座受的力通过连接轴承座的螺栓，使得螺栓承受拉应力，因此，螺栓的预紧力就显得尤为重要。螺栓的预紧力使得上轴承座与下轴承座接触面内产生接触压力，随着预紧力的变大，接触压力也上升。这种预紧的变化随传递扭矩的变大而变大。如果预紧力较小，而传递扭矩过大，则受力侧的上下轴承座间压力可能下降为零，这时上下轴承座间将出现间隙，而扭矩减小时，间隙会消失，从而产生冲击，而此时为保证传动，与其对称的另一轴承座将会受到很大的力而率先导致疲劳断裂，这对十字轴的使用寿命是不利的。另一方面，如果螺栓的预紧量太大，螺栓的拉应力也随着变大，螺栓易被拉断。所以螺栓的预紧量应根据不同的扭矩确定合适的一个范围，保证上下轴承座的完全接触状态。

轴承座内孔圆周表面一侧承受压应力，一侧则不受力。轴承座受的力通过连接轴承座的螺栓，使得螺栓承受拉应力，因此，螺栓的预紧力就显得尤为重要。螺栓的预紧力使得上轴承座与下轴承座接触面内产生接触压力，随着预紧力的变大，接触压力也上升。这种预紧力的变化随传递扭矩的变大而变大。如果预紧力较小，而传递扭矩过大，则受力侧的上下轴承座间压力可能下降为零，这时上下轴承座间将出现间隙，而扭矩减小时，间隙会消失，从而产生冲击，而此时为保证传动，与其对称的另一轴承座将会受到很大的力而率先导致疲劳断裂，这对十字轴的使用寿命是不利的。另一方面，如果螺栓的预紧量太大，螺栓的拉应力也随着变大，螺栓易被拉断。所以螺栓的预紧量应根据不同的扭矩确定合适的一个范围，保证上下轴承座的完全接触状态。