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十字轴式万向联轴器的改进与应用

2015/3/26 13:24:18              

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。

标签:联轴器
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