实测载荷下万向联轴器叉头疲劳寿命分 析.pdf

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1、第1期机械设计与制造2014年1月MachineryDesign&Manufacture131实测载荷下万向联轴器叉头疲劳寿命分析关丽坤，刘伟栋，王宁宁(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010)摘要：针对某中厚板厂粗轧机十字轴式万向联轴器的叉头断裂事故，通过采集接轴的应变数据，生成应变历史曲线，对现场测试的数据进行分析，得到实测的载荷时间历程。采用ANSYS与ANSYS~E—SAFE软件对万向联轴器进行了静力学强度分析与疲劳寿命分析，找到叉头与十字轴的应力集中区和最大应力值，确定了叉头

2、的最危险部位，估算出万向硖轴器叉头的疲劳寿命与其疲劳安全系数。据此，判断出叉头断裂的原因，为叉头的结构设计及工作条件分析提供了理论依据。关键词：叉头；断裂；应变测试；疲劳寿命中图分类号：TH16；TH133．4文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)01—0131-03FatigueLifeAnalysisforForkofUniversalCouplingBasedontheLoadMeasuredGUANLi-kun，LIUWei—dong，WANGNing—ning(Mecha

3、nicalEngineeringCollege，InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology，InnerMongoliaBaotou014010，China)Abstract：Aimingatthefractureaccidentofuniversalcoupling’sforkinroughingmillofaheavyplateplant，abatchofmonitoringdatawascollected，producingstrainhisto

4、rycurve．Thedataabouttorquetestedinconnectingshofthemaindrivingsystemareanalyzed．Combiningwithloadtimehistorymeasured，ANSYSandANSYS／FE—SAFEwereusedtOanalyzestaticstrengthandfatigueZtouniversalcoupling．Theresultisthatthem~imumstressvalueandthemostdanger

5、ouspactsoftheforkandthecrossedshaftarefoundout．Thereer，thef~iguelifeand嗜safetycoefficientoftheforkareestimatedandtheco21~etotheforkfractureisdetermined，whichcouldprovidetheoreticalbasisforoptimizingthestructureandprolongthe~igueofthefork．KeyWords：Fork

6、；Fracture；TestingStrain；FatigueLife1引言据材料力学知识，当圆轴受扭矩作用时，在圆轴表面任取一单元体，轴表面上各点在与轴线成：t-45。的方向上产生最大主应力。中厚板轧机是生产中厚板的重要单体设备，其主传动系统和最小主应力or，其数值与该轴表面上最大扭转剪应力f相是轧机的核心组成部分，十字轴式万向联轴器又是主传动系统的等，即J。1=l--O'31-rm，相应有最大应变值这样在轴表面沿与轴重要部件，用于传递运动和扭矩，其零部件包括法兰叉头、十字线成~45。的方向上粘

7、贴应变片，就可以直接测出应变，进而可计轴、轴承、螺栓、螺母、垫片和密封圈等，其中叉头是万向联轴器的算出扭矩。无线传感器网络扭矩测点在主传动系统中的布置位一个重要传动零件，结构比较复杂，且在交变循环外力作用下，容置，如图2所示。在靠近电机端的上下接轴测试扭矩。易引起应力集中的区域较多，所以它是较容易破坏的零件之一l1J。针对某中厚板厂万向联轴器的叉头断裂，现场破坏实物图，如图1所示。使用ANSYS对其结构进行静强度分析，并应用ANSYS／FE～SAFE软件对叉头的疲劳寿命进行了分析。2主传动轴扭矩测

8、试数据分析2。1扭矩测点布置中厚板可逆式粗轧机主传动系统的示意图，如图2所示。轧机轧制牌号为AH32的船体结构钢板，其尺寸为：(200x1800x图1叉头断裂实物图22000)mm。试验中扭矩的测量方法选用旋转轴的应变测量121。根Fig．1PhysicalFigureofFbrkFracture来稿日期：2013—06—04基金项目：内蒙古自然基金(2012MS0717)作者简介：关丽坤，(1963-)，女，辽宁沈阳人，硕士生导师，教授，主要研究方向：机械结构强度研究132关丽坤