四辊轧机主传动安全销强度校核及改造

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1、四辊轧机主传动安全销强度校核及改造12许杰华，翟志和1、沈阳有色金属加工厂水箱带，辽宁沈阳1101022、沈阳有色金属加工厂装备部，辽宁沈阳110102[摘要]通过对安全联轴器中的安全销断裂的工况分析及理论计算，及对进口材料的机械性能实际试验测试，应用国产材料重新进行理论计算及结构设计，并通过实际验证，最后确定安全销的结构形式。[关键词]安全销，扭矩，剪切强度极限，断裂。1引言一部机器在工作中难免发生超载现象，机器零件面临破坏危险,这时最好是破坏不贵重的零件或次要零件，也就是把某个次要零件的强度设计成整个机器中最薄弱

2、的环节，当机器超载时，由于这个零件破坏使载荷不能继续增加，以保全其他主要零部件。我厂从奥地利ANTRIZ公司引进的，具有九十年代国际先进水平的四辊轧机，其主轧万向连接轴上安装的安全销，就是按这种考虑设置的，以保护整个传动装置。其装配结构如图1：图1安全销装配结构简图该设备一九九五年安装完毕试生产，在试生产过程中，我们发现这样一个问题，就是安全销断裂非常频繁，有时一天断几次。面对这样的现象，我们认为轧机在工作时，由于其加工材料的塑性、硬度的变化，加速等动负荷变化以及传动系统扭振现象的存在，造成传动系统负荷变化较大，特别

3、是扭振现象的存在，如果在设计中考虑不足，就有可能使安全销实际应力超过设计安全范围而造成断裂[1]。因此，我们认为外方在安全销设计上直径选得过小，应对安全销强度进行重新校核计算，选择合适的直径，让它既起到保护作用，又能保障正常生产。2原有安全销的校核计算2．1主传动力矩分析对于此轧机由于存在以上分析所存在的许多负荷变化不确定因素，也就是说，安全销所传递的最大扭矩为未知数，可以近似地将实际电机的力矩作为安全销的计算力矩M[1]m：该轧机主传动采用两台600kW直流电机驱动，其转数为n=600/1200rpm，则输入轴最大

4、扭矩为：Nk600×2T=9550×────=9550×─────=19100(Nm)n600Nk─轴传递的功率，单位：kW；n─轴转数，单位：转/分钟（rpm）。1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn该减速机传动比为1档：i1=7.28:1，2档：i2=2.45:1，考虑最大力矩时换算到联轴器上，则减速机输出力矩既安全销传递力矩为：Mn=T×i=19100×7.28=139048(Nm)对于安全联轴节，当安全销切断时，被保护零件中的应力不应超过弹性限。则对于无飞轮

5、的可逆轧机Mm可按以下公式计算：σeMm=Mnk──[1]=139048×5×0.5=347620(N.m)σbMn─换算到联轴器上的安全销传递力矩；k─为被保护零件的安全系数，这里取k=5；[1]σe与σb─轧机中被保护零件的弹性限与强度限，比值σe/σb=0.5；Mm─被保护零件的计算力矩，即安全销的剪断力矩。2．2安全销受力分析及强度校核试验安全销主要承受剪切力及挤压力，它有两个受剪面m-m和n-n，受剪面上的剪力Q组成一力偶，其力臂为D（其受力如图2所示）；图2安全销受力简图所以Q=Mm/D，按剪断条件剪应力

6、应超过剪切强度限：τ=Q/A≥τ[2]bA─表示受剪面的面积，这里A=πd2/4，单位：mm2；d─为安全销直径，原设计d=48mm；τ─剪切强度限，τ=k[τ]，单位：N/mm2；bbτ─剪应力，单位：N/mm2；k─为安全系数；[τ]─材料的许用剪应力，对于钢材，工程上常取[τ]=（0.75-0.8）[σ]，单位：N/mm2；[σ]─钢材的许用拉应力，单位：N/mm2。进口安全销材质为GGG40（DIN），相当于国标的QT40—17（球墨铸铁），对GGG40材质的安全销作拉伸试验，测得σb=400N/mm2，而[

7、σ]=σb/k，k=1.2~2.5(塑性材料静载荷条件下)，则：[σ]=400/2=200(N/mm2)（安全系数取2）；[τ]=0.8[σ]=0.8×200=160(N/mm2)；τ=k[τ]=2×160=320(N/mm2)；bM3m/D347620×10/185而：τ=Q/A=────=─────────=1039(N/mm2)(D=185mm)，πd2/43.14×482/4远远大于τb=320（N/mm2），所以经常断裂，而且外方设计的U型缺口为尖角式的，应力集中现象非常严重，更容易断裂（原设计的安全销如图

8、3所示）。2PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn图3原设计安全销3对安全销重新设计3．1重新设计安全销直径及结构针对上述安全销断裂频繁产生原因，需对安全销直径及结构重新设计。签于联轴器上销孔尺寸已确定，所以只有在安全销U型缺口处尺寸上作文章，因为过载时此U形槽受剪力切断，根据公式：QMm/Dτ