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中厚板軋機(jī)是軋鋼生產(chǎn)中的主要設(shè)備，其主傳動系統(tǒng)是軋機(jī)的重要組成部分，十字軸式萬向聯(lián)軸器是主傳動系統(tǒng)中的核心部件，因為其具有傳遞扭矩大、傳遞傾角大和應(yīng)用范圍廣等特點而被廣泛應(yīng)用。
但是近年來，在軋鋼生產(chǎn)過程中，十字軸式萬向聯(lián)軸器成為最容易失效的關(guān)鍵部件之一，其主要的失效形式是叉頭的變形和斷裂、十字軸的斷裂等。例如，某熱軋帶鋼廠的可逆式粗軋機(jī)主傳動系統(tǒng)的十字軸式萬向聯(lián)軸器中的法蘭叉頭和輥端叉頭發(fā)生過破壞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，迫切需要采取某種措施來提高叉頭的強(qiáng)度。當(dāng)平衡力加載到接軸上時，接軸將發(fā)生撓度變形，接軸的軸向距離縮短，進(jìn)而對聯(lián)軸器產(chǎn)生拉力，從而影響聯(lián)軸器的受力情況。本文嘗試改變接軸的平衡方式，即平衡力由在接軸一處加載變?yōu)閮商幖虞d，通過這種方式減小接軸的撓度變形，進(jìn)而減小接軸對聯(lián)軸器的拉力以達(dá)到提高聯(lián)軸器強(qiáng)度的目的。
以往人們建立模型時，只對研究對象建立模型，而本文不單單是建立聯(lián)軸器的模型，而要建立聯(lián)軸器和與它相連的萬向接軸的模型，這樣建立模型是基于以下兩點原因：一是萬向聯(lián)軸器在工作時并不是孤立工作的，它是與其他零部件一起配合工作的，萬向聯(lián)軸器受接軸的影響最大，為了保持接軸的穩(wěn)定性，一般有平衡裝置對接軸施加平衡力，平衡系數(shù)為1.1～1.6；二是如果只建立聯(lián)軸器的模型，對其加載的邊界條件可能不夠具體，或者不能較好的模擬聯(lián)軸器實際工作時的工況，為了使萬向聯(lián)軸器的邊界條件更加接近實際工況，所以建立萬向聯(lián)軸器及接軸的整體模型。在建模時，為了使分析計算簡單化，又不影響計算結(jié)果，需要對模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕幚恚渲饕喕缦拢郝?lián)軸器的叉頭通過螺栓與接軸連接，在建模時將叉頭與接軸看做是一體，將螺栓省略；叉頭上的螺栓孔省略不畫；接軸上的倒角省略不畫。聯(lián)軸器是分析的重點，所以聯(lián)軸器雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜但其倒角也應(yīng)畫出。接軸一般有0～15°的傾角，本文的接軸有5°工作傾角。用Solidworks軟件便可建立十字軸式萬向聯(lián)軸器及接軸的整體模型。
把上述幾何模型導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS Workbench，對其進(jìn)行前處理操作。
定義材料及其屬性：模型使用的材料為合金鋼，萬向接軸的材料為37SiMn2MoV，彈性模量E=2.1×e11Pa，泊松比μ=0.3，抗拉強(qiáng)度σb≥980MPa，屈服強(qiáng)度σs≥835MPa；萬向聯(lián)軸器的材料為42CrMo，抗拉強(qiáng)度σb≥1080MPa，屈服強(qiáng)度σs≥930MPa，彈性模量E=2×e11Pa，泊松比μ=0.28。
定義整體坐標(biāo)系的x軸沿聯(lián)接軸的軸向向右，y軸垂直紙面向外，z軸沿豎直方向向下。對模型整體劃分網(wǎng)格，定義單元尺寸為40mm，網(wǎng)格劃分完成后，查看網(wǎng)格劃分情況。網(wǎng)格單元數(shù)為564802，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)為854560，網(wǎng)格質(zhì)量較好。
右端聯(lián)軸器由電動機(jī)帶動，左端聯(lián)接軸聯(lián)接軋輥。所以對右端聯(lián)接電動機(jī)的叉頭外圓柱面進(jìn)行軸向、徑向和切向約束，對左端聯(lián)接軋輥的叉頭外圓柱面只進(jìn)行徑向約束。在接軸中部建立一軸套模擬滑動軸承，以方便平衡力的加載。軸套并不轉(zhuǎn)動，所以對軸套外側(cè)圓柱面進(jìn)行軸向約束和對繞軸的轉(zhuǎn)動進(jìn)行約束。
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