石山　焦自金　王建軍　呂傳偉　王書磊

（萊蕪鋼鐵股份有限公司型鋼廠）

　　摘　要：本文闡述了十字軸式萬向接軸的結(jié)構(gòu)和使用中的主要故障，分析了故障產(chǎn)生的原因，并相應(yīng)提出了提高接軸強度、延長使用壽命的對策和措施。
　　關(guān)鍵詞：萬向接軸；故障；強度提升；對策
　　1　引言
　　軋機接軸是軋機傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。現(xiàn)代軋機主傳動中常用萬向接軸有滑塊式和十字軸式萬向接軸。十字軸式萬向接軸因其傳動效率高、傳遞扭矩大、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點得到廣泛使用。十字軸式萬向接軸根據(jù)十字軸軸承座形式的不同，又分為整體叉頭式和分體軸承座式。我廠中型H型鋼生產(chǎn)線萬能軋機就選用了十字軸分體軸承座式萬向接軸。該生產(chǎn)線是20世紀90年代投產(chǎn)的一條短應(yīng)力緊湊型萬能軋機生產(chǎn)線，全部采用進口設(shè)備，并采用了兩級計算機控制，自動化程度高，具有當代先進水平。在幾年的運行使用中，該接軸經(jīng)常出現(xiàn)部件損壞，成為設(shè)備穩(wěn)定運行的薄弱環(huán)節(jié)。我們通過認真總結(jié)分析，逐步摸索并實施了一些提高接軸強度、延長使用壽命的措施，有效地緩解了接軸對生產(chǎn)的制約，保證了生產(chǎn)的連續(xù)運行。

　　2　接軸結(jié)構(gòu)和故障現(xiàn)象

　　2.1接軸結(jié)構(gòu)

　　我廠采用的十字軸式萬向接軸結(jié)構(gòu)和十字包組件如圖1和圖2所示。

　　2.2故障現(xiàn)象

　　我廠裝機運行的16根萬向接軸在運行過程中頻繁出現(xiàn)故障，僅2003年一年中出現(xiàn)故障18次，影響生產(chǎn)2382min。其故障主要表現(xiàn)為：

　　（1）接軸十字包螺栓頻繁斷裂。接軸螺栓在螺栓根部和螺紋收尾末端發(fā)生斷裂，造成接軸傳動失效。

　　（2）接軸十字軸斷裂。十字軸根部斷裂和軸頭異常磨損，造成接軸傳動失效。

　　（3）軋機上下線困難。接軸套筒異常磨損，軋輥扁頭和接軸套筒軋機。
　　3　原因分析和相應(yīng)對策

　　十字軸和螺栓斷裂故障產(chǎn)生的直接原因是十字軸和接軸螺栓強度不足；其次是十字軸與軸承座、軸承座與接軸本體以及套筒和軋輥之間存在間隙，在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的沖擊負載，這種沖擊負載加劇了螺栓和十字軸的斷裂。造成軋機上下線困難的原因，一是套筒加工公差偏小；二是套筒和軋輥接觸面內(nèi)進入鐵屑等產(chǎn)生擠壓滑傷。

　　3.1針對以上原因我們采取以下對策

　　（1）優(yōu)化螺栓材質(zhì)。認真做好熱處理工藝檢驗，保證螺栓調(diào)質(zhì)后回火索氏體的比例。接軸螺栓的材質(zhì)應(yīng)具有良好的淬透性，以保證螺紋截面的芯部在淬火后回火前得到90％左右的馬氏體組織。故采用合金結(jié)構(gòu)鋼35CrMo，該材質(zhì)強度、韌性和淬透性均高，完全滿足上述要求，調(diào)質(zhì)處理后的螺栓金相組織可不存在塊狀鐵素體，全部為索氏體組織。

　　（2）提高螺栓頭部堅固性。接軸螺栓斷裂多數(shù)是頭部斷裂，說明頭部堅固性不足。加大頭部過渡圓角尺寸，提高螺栓頭部的堅固性，以U1螺栓M58×3為例，我們將頭部圓角由R3改為R3.5，有效降低應(yīng)力集中系數(shù)。

　　（3）優(yōu)化螺紋加工工藝避免負荷集中。

　　1）控制螺紋公差，均勻螺栓負荷，減少負荷集中。因為螺栓預(yù)緊后，螺紋部分的負荷呈倒錐狀分布，螺紋尾部負荷是其頭部負荷的1.3～1.5倍，造成螺栓頭部和尾部負荷不均勻，從而影響螺栓壽命。對此我們實施了修改螺紋加工公差的方法：一是加大螺紋頭部尺寸；減小螺紋尾部尺寸。使預(yù)緊后螺紋負荷部分呈矩形，達到避免螺紋尾部負荷集中目的。修改前后負荷變化情況如圖3所示。

　　2）延長螺栓收尾長度，減少應(yīng)力集中。我們根據(jù)不同的螺栓規(guī)格，將接軸螺栓螺紋收尾尺寸增大為2.5P（P為螺距），有效減少因應(yīng)力集中造成的螺紋尾部斷裂。實施以后，未出現(xiàn)接軸螺栓螺紋尾部斷裂情況。
　　（4）控制十字包端面兩個間隙。接軸十字包與十字軸之間的間隙大小直接影響接軸螺栓孔距，而孔距的誤差將會對接軸螺栓施加額外的彎曲荷載，直接影響接軸螺栓壽命，我們采用在十字軸和十字包之間加調(diào)整墊片的方法，對孔距進行逐個調(diào)整，將十字包上接軸螺栓孔距控制在0.20～0.45mm之間（U5～U1軋機），消除附加荷載。
　　（5）嚴格控制軸承座和接軸本體連接鍵的配合間隙。接軸本體與十字包聯(lián)接鍵槽的間隙存在（圖4），增加了運轉(zhuǎn)過程中十字包翻轉(zhuǎn)對接軸螺栓的彎曲荷載。一是選用較緊的H7/m6過渡配合公差；二是維修拆裝過程中，涂抹鎖固劑，彌補磨損間隙。可以減少這種翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的彎曲荷載。

　　（6）控制接軸套筒Z大磨損值，減少接軸運轉(zhuǎn)中十字軸和螺栓的沖擊負荷。接軸套筒端向簡圖如圖5所示。

　　接軸套筒和軋輥扁頭間的間隙設(shè)計值為：0.35～0.60mm。接軸在運行一段時間（三個月左右）后，接軸套筒的兩個圓弧面就出現(xiàn)不同程度的磨損，Z大值達5mm。套筒和軋輥之間的這個間隙使接軸每運轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩次擺動位移，對十字軸和螺栓造成兩次沖擊負荷，加劇了十字軸和螺栓的損壞。接軸套筒和軋輥扁頭間的間隙設(shè)計值為：0.35～0.60mm。接軸在運行一段時間（三個月左右）后，接軸套筒的兩個圓弧面就出現(xiàn)不同程度的磨損，Z大值達5mm。套筒和軋輥之間的這個間隙使接軸每運轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩次擺動位移，對十字軸和螺栓造成兩次沖擊負荷，加劇了十字軸和螺栓的損壞。我們主要采取：一是對套筒內(nèi)表面進行熱處理以提高表面硬度、提高耐磨性，減少磨損，延長使用時間；二是嚴格控制磨損值，定期進行測量，超標套筒下線修復，保證磨損量不超過2.5mm，盡量降低沖擊負荷。

　　（7）嚴格控制接軸套筒制造公差，建立軋輥扁頭離線測量和上線清理制度，避免軋機上下線困難。套筒與扁頭間隙過大產(chǎn)生沖擊，而過小則造成軋輥插入困難，影響軋機上線。對此，我們主要是套筒內(nèi)孔制造公差優(yōu)化為：370+0.45/+0.6mm和265+0.35/+0.5mm。同時在軋輥首次車削時對扁頭進行尺寸和對稱度測量，嚴格保證其在設(shè)計公差內(nèi)。堅持軋輥每次上線前進行徹底清洗和涂抹甘油，減少雜物進入，改善潤滑條件。

　　4　結(jié)論

　　通過以上技術(shù)改進和控制措施，接軸強度顯著提升，運行穩(wěn)定性與可靠性得到了保證，使用壽命明顯延長，減輕了對產(chǎn)能提升的制約，保障了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運行。同時也大大減少了維護和檢修工作量，降低了職工勞動強度。

　　參考文獻

　　[1]機械設(shè)計手冊第3版．北京：化學工業(yè)出版社，1998

　　[2]機械零件設(shè)計手冊第3版．北京：冶金工業(yè)出版社，1995

來源：《中國鋼鐵年會論文集》