矯直機萬向聯軸器的斷裂研究及仿真優化

輥式矯直機的主傳動系統是矯直機整個系統中較重要也是較薄弱的環節，它將主電機的運動和力矩傳遞給矯直輥。矯直機主傳動系統普遍采用電機、減速齒輪分配箱、安 全聯軸器、萬向聯軸器到矯直輥的傳動方式。其中萬向聯軸器是傳遞運動和力矩的關鍵部件，同時也是主傳動系統中較危險的環節，是矯直機故障較為頻繁的部位。

以某矯直機的萬向聯軸器作為研究對象，從內因和外因兩方面入手，對其進行了綜合分析。主要研究內容如下：(1)對矯直模型進行扭矩分析，建立矯直扭矩計算模型，通過有限元仿真分析矯直輥磨損對矯直扭矩的影響。提出改 善扭矩分配不均的措施，進而改 善萬向聯軸器的受力狀況；(2)利用有限元方法對萬向聯軸器進行靜力分析，得出不同工作角度下，應力值及受力較大值部位的變化情況。由此得出在萬向聯軸器靜力分析中考慮工作角度的必然性；(3)利用ANSYS模態分析功能，求出萬向聯軸器前10階振型與有頻率。首先根據不同工作角度下深受的固有頻率值的變化情況來確定工作角度與萬向聯軸器模態的關系，然后通過進一步求得的臨界轉速與實際工作轉速進行對比，確定十字軸式萬向聯軸器能否平穩運轉，即確定共振是否為萬向聯軸器發生斷裂事故的原因；(4)根據靜力分析和模態分析結果，找到萬向聯軸器發生裂事故的原因。針對斷裂原因對萬向聯軸器進行優化，并將優化前后的受力情況進行對比；(5)利用有限軟件對優化前后萬向聯軸器進行壽命分析，對比其疲勞壽命、安 全系數以及疲勞敏 感系數值，從而確定較佳的優化方式。

萬向聯軸器應該如何選擇

在選擇萬向聯軸器時應根據選用者各自實際情況和要求，綜合考慮上述各種因素，從現有標準聯軸器中選取適合自己需要的聯軸器品種、型式和規格。一般情況下現有的標準聯軸器基本可以滿足不同工況的需要。

由于動力機的驅動轉矩及工作機的負載載矩不穩定，以及由傳動零件制造誤差引起的沖擊和零件不平衡離心慣性力引起的動載荷，使得傳動軸系在變載荷（周期性變載荷及非周期性沖擊載荷）下動行產生機械振動，這將影響機械的使用壽命和性能，破壞儀器、儀表的正常工作條件，并對軸系零件造成附加動應力，當總應力或交變應力分別超過允許限制時，萬向聯軸器會使零件產生破壞或疲勞破壞。在設計或選用傳遞轉矩和運動用的聯軸器時，應進行扭振分析和計算，其目的在于求擊軸系的固有頻率，以確定動力機的各階臨界轉速，從而算出扭振使軸系及傳動裝置產生的附加載荷和應力。信守合同時采用減振緩沖措施，其基本原理是合理的匹配系統的質量、剛度、阻尼及干擾力的大小和頻率，使傳動裝置不在共振區的轉速范圍內運轉，或在運轉速度內范圍不出現強烈的共振現象。另一個行之效果優良的方法是在軸系中采用高柔度的彈性聯軸器，簡稱高彈（性）聯軸器，以降低軸系的固有頻率，并利用其阻尼特性減小扭振振幅。