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十字轴式万向联轴器的改进与应用 |
1 概 况 济南钢铁股份有限公司中板厂（简称济钢中板厂）2500四辊可逆式轧机建于1989年，设计最大轧制力为29400kn，所配两台直流电机功率为2500kw，设计配用主传动万向接轴承载能力1990kn.m。采用swz型整体轴承座十字轴式万向联轴器，由于该接轴实际承载能力达不到设计要求及生产能力的提高，导致生产运行中该接轴故障和事故频繁。 2 联轴器失效分析及改进 原接轴采用swz型轴承座式十字轴式万向联轴器，四辊轧机工作辊最小直径为730mm，实际接轴轧辊侧与电机侧十字包回转直径均为710 mm。该万向接轴承载能力只有1225kn.m，大大低于轧机设计配用主传动万向接轴承载能力。 2.1 主要失效形式 2.1.1 轴承座螺栓断裂 轴承座螺栓断裂是最常见的失效形式，轴承座把合螺栓规格小，抗剪抗拉能力小；另外接轴叉头止口接触面积小，止口容易损伤产生间隙并不断扩大。轴承座止口存在间隙是造成接轴螺栓受冲击拉力的重要原因，也是造成螺栓断裂的主要原因。 2.1.2 十字轴断裂 原设计轧辊侧十字包中螺栓与十字轴未能充分利用十字包内空间，十字轴直径仅为177.1mm，轴承座高强度螺栓为m68，部件承载能力不够。 2.1.3 轴承座、叉头根部裂纹 由于叉头、轴承座尺寸较大，形状复杂，表面加工及热处理质量很难控制。轴承座、叉头根部圆角处机加工表面粗糙度与图纸抛光要求相差甚远，加工表面存在微观裂纹，热处理过程中根部过渡圆角处残余应力较高，极易形成裂纹。 2.2 改进措施 2.2.1 增大轴承座螺栓规格，改进止口尺寸 通过增大轴承座螺栓规格，轧辊侧由m68增大到m72，后又增大到m76，电机侧增大到m95，提高了螺栓抗剪抗拉能力。改进止口尺寸，加高传递键，增加承载接触面积，降低止口面损伤产生的间隙，改善降低螺栓受冲击情况，提高螺栓寿命。 2.2.2 充分利用空间，加大十字包回转直径 轧机侧十字包回转直径由710 mm增至724mm，电机侧则根据承载能力加大到850mm，为十字包部件加大提供了可能，提高了承载能力。 2.3 改进效果 采取以上措施后，万向联轴器从1996年底开始使用，近3年时间内，传动接轴共发生事故7起,，其中断螺栓事故4起（因螺栓材质问题而产生的事故2起），花键套开裂1起，叉头开裂1起，十字轴滚珠碎1起。而改造前的1996年，仅断螺栓事故一项就20多起，因而接轴的改造为济钢中板厂生产水平的逐年提高提供了保证。 3 新型联轴器的应用 3.1 新型swz轴承座式联轴器的应用 由于轧辊侧受回转半径的限制，原来的swz型联轴器己无法进一步提高承载能力，新型swz联轴器将原来2个m76轴承座螺栓改为6个m39螺栓。 其主要特点如下： （1）将轴承座联结用螺栓改为多数量、小规格形式，改善螺栓受力状况；原设计轴承座每边只有一个螺栓，使轴承座与叉头接合部位预紧力不均，尤其是接轴径向不能承受力矩； （2）十字轴接合部取消阶梯轴，改为大圆弧过渡设计，减少了应力集中，充分利用了十字包内部空间，十字轴直径为200mm，增大了承载能力； （3）轴承座的键槽采用合理的宽深比，提高传动扭矩，减少轴承座键槽开裂现象； （4）接轴叉头十字瓣为整体式，提高十字包的整体强度。 改进后的万向联轴器承载能力为2500kn.m，达到了设计要求。于2001年9月投入使用，效果良好，使用寿命达到1年以上。 3.2 新型 swc整体式联轴器的应用 为解决电机侧万向联轴器在长期使用中出现的轴承座、花键套、法兰根部裂纹及螺栓、十字轴断裂问题，于2002年4月投用了新型swc整体式十字万向联轴器（无螺栓结构）。 该联轴器具有以下特点： （1）采用整体式叉头结构，大圆弧过渡设计，减少应力集中，消除了swz型根部裂纹及螺栓断裂问题； （2）由于不存在联接螺栓，因而有可能加大十字包（十字轴和轴承组件）尺寸，在回转直径φ850mm情况下，十字轴直径可做到φ256mm，十字包承载能力可达到2600 kn.m，符合设计要求； （3）十字轴定位采用卡环结构，两侧间隙控制在10μm之内，定位牢固可靠； （4）采用模块化设计，模块间采用端齿法兰联接，更换方便。 电机侧采用新型swc整体叉头十字轴式万向联轴器后，整体寿命由原来的半年提高到1年以上，为轧机的正常生产提供了保障。 |