粗轧机十字万向轴中间接轴力学分析(1)

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1、万方数据·52·重型机械2006No．6粗轧机十字万向轴中间接轴力学分析张德智1，刘文斌2，汪桂林1，朱明东1(1．安徽泰尔重工有限公司，安徽马鞍山243000；2．首钢集团迁钢公司，北京100000)摘要：重点分析了十字轴式万向联轴器中间轴承平衡支撑部位的3个关键尺寸对中间接轴的受力影响，首先以材料力学的理论方式分析中间接轴的受力情况，最后采用有限元法分析中间接轴受力随3个关键尺寸变化的规律。关键词：轴承平衡支撑；中间接轴；有限元分析中图分类号：THl33．4文献标识码：A文章编号：1001—196

2、X(2006)06—0052—03RoughmilluniversalshaftmidshipshaftmechanicsanalysisZHANGDe．zhil，LIUWen．bin92，WANGGui—linl，ZHUMing—don91(1．Tai’erHeavyIndustryCo．，Ltd，Ma'anshan243000，China；2．Beijing(Qian—an)Iron&SteelCO．，Ltd，ShouGangGroup，Beijing100000，China)Abstract：T

3、hispaperanalyzes3importantdimensionsofintermediatebearingpartintheuniversalshaftmid—shipshaft．First，thetheoriesofthematerialmechanicsisappliedtodeterminetheload．Then，finiteelementmethodisadoptedtoanalyzetheloadchangeswiththechallgeofthedimensions．Keywor

4、ds：intermediatebearing；midshipshaft；finiteelementanalysis1—jJ[●——l—4l刚吾对十字轴式万向联轴器而言，薄弱环节一般都在十字关节部位，中间轴是按永久寿命来设计的，通常设计人员都对关节十字轴叉头部位进行重点强度分析，对中间接轴只进行一般的理论计算。某钢厂大型粗轧机十字轴式万向轴中间接轴在中间轴承平衡支撑部位出现断裂造成重大事故，引起了人们对中间接轴受力状况的关注。本文针对这次事故对中间接轴的受力情况进行了详细理论分析，并利用有限元分析得出了

5、中间轴承平衡支撑部位的一般受力规律。2十字轴式万向联轴器的受力分析在不计损耗时，单十字轴式万向联轴器主、从传动轴上转矩正、疋间有如下关系：收稿日期：2006—09—22；修订日期：2006—10—15作者简介：张德智(1976一)，男，安徽泰尔重工有限公司工程师。咒=T1(1一sin20／COS29)／cosa(1)式中，妒。、a分别为主动轴的转角和轴1、轴2间的夹角。由式(1)可见，当a、T1为定值时，疋是主动轴转角9。的周期性函数，当9。=o。、180。和9，=90。、270。时，疋分别达到最小值

6、徊最大值，其值如下疋。i。=T1COSOd(91=0。、1800)疋。。=T『I／cosa(91=900、270。)图la、图1b分别为单十字轴万向联轴器在妒。=0。(180。)和妒。=90。(270。)时的力学分析模型，十字轴同时受到输入和输出转矩r1、咒的作用，其矢量的正向均按右手法则确定，由于L、疋方向不同，不能满足力平衡条件，要使十字轴处于平衡状态，应满足正+已1+乏+rz2=0式中，已是为了保证十字轴达到力平衡而产生的附加力偶矩。并有万方数据2006No．6重型机械·53·妒1=0。、180

7、。时，疋=TlCOSOL吃=TIsina=咒tanot妒1=90。、270。时，疋=T,／cosa(2)已1=咒sina=TItana(3)其中，％作用于十字轴及从动叉2，死。作用于十字轴及主动叉1j2，’姆。矿驴《’姆t∥驴2蹲’图1单十字轴式万向联轴器受力分析(a)9l=O。、180。(b)妒1=90。、270。双十字轴式万向联轴器运转过程中，其输入和输出端关节将同时产生附加力偶矩，如图2所示，作用于叉头的附加力偶矩已传递到中间接轴上，对中间轴产生了一个附加弯矩已，附加弯矩值易=正sina，(妒l

8、=00、180。)(4)图2z型布置双十字轴万向联轴器的附加力偶矩因此，中间接轴在转动过程中不但受到扭矩作用，还要受到弯矩作用，而这个附加弯矩存在的根本原因是由于十字关节一般都在有工作倾角的条件下运转。十字轴式万向联轴器运转过程中，输入角速度和扭矩由电机决定，一般是固定的，而中间(从动)轴的扭矩和角速度却是周期性波动的，这是引起冲击和扭转振动的主要原因。中间轴的角速度为∞2=∞1costr．／(1一sin20／COS2妒1)(5)将式(5)对时间求导，则