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(qiáng)度、延長使用壽命的對策和措施。
關(guān)鍵詞：萬向接軸；故障；強(qiáng)度提升；對策
1 引言
軋機(jī)接軸是軋機(jī)傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。現(xiàn)代軋機(jī)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(diǎn)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(jī)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(jì)90年代投產(chǎn)的一條短應(yīng)力緊湊型萬能軋機(jī)生產(chǎn)線，全部采用進(jìn)口設(shè)備，并采用了兩級計(jì)算機(jī)控制，自動化程度高，具有當(dāng)代國際先進(jìn)水平。在幾年的運(yùn)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(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。我們通過認(rèn)真總結(jié)分析，逐步摸索并實(shí)施了一些提高接軸強(qiáng)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(yùn)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(jī)運(yùn)行的16根萬向接軸在運(yùn)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(jī)上下線困難。接軸套筒異常磨損，軋輥扁頭和接軸套筒軋機(jī)。
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(qiáng)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(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的沖擊負(fù)載，這種沖擊負(fù)載加劇了螺栓和十字軸的斷裂。造成軋機(jī)上下線困難的原因，一是套筒加工公差偏??；二是套筒和軋輥接觸面內(nèi)進(jìn)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(rèn)真做好熱處理工藝檢驗(yàn)，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(qiáng)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(jiān)固性。接軸螺栓斷裂多數(shù)是頭部斷裂，說明頭部堅(jiān)固性不足。加大頭部過渡圓角尺寸，提高螺栓頭部的堅(jiān)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(fù)荷集中。
1）控制螺紋公差，均勻螺栓負(fù)荷，減少負(fù)荷集中。因?yàn)槁菟A(yù)緊后，螺紋部分的負(fù)荷呈倒錐狀分布，螺紋尾部負(fù)荷是其頭部負(fù)荷的1.3～1.5倍，造成螺栓頭部和尾部負(fù)荷不均勻，從而影響螺栓壽命。對此我們實(shí)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(fù)荷部分呈矩形，達(dá)到避免螺紋尾部負(fù)荷集中目的。修改前后負(fù)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(shí)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(gè)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(jìn)行逐個(gè)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(jī)），消除附加荷載。
（5）嚴(yán)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(yùn)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(bǔ)磨損間隙?？梢詼p少這種翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的彎曲荷載。
（6）控制接軸套筒最大磨損值，減少接軸運(yùn)轉(zhuǎn)中十字軸和螺栓的沖擊負(fù)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(jì)值為：0.35～0.60mm。接軸在運(yùn)行一段時(shí)間（三個(gè)月左右）后，接軸套筒的兩個(gè)圓弧面就出現(xiàn)不同程度的磨損，最大值達(dá)5mm。套筒和軋輥之間的這個(gè)間隙使接軸每運(yùn)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(fù)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(jì)值為：0.35～0.60mm。接軸在運(yùn)行一段時(shí)間（三個(gè)月左右）后，接軸套筒的兩個(gè)圓弧面就出現(xiàn)不同程度的磨損，最大值達(dá)5mm。套筒和軋輥之間的這個(gè)間隙使接軸每運(yùn)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(fù)荷，加劇了十字軸和螺栓的損壞。我們主要采?。阂皇菍μ淄矁?nèi)表面進(jìn)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(shí)間；二是嚴(yán)格控制磨損值，定期進(jìn)行測量，超標(biāo)套筒下線修復(fù)，保證磨損量不超過2.5mm，盡量降低沖擊負(fù)荷。
（7）嚴(yán)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(jī)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(jī)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(shí)在軋輥首次車削時(shí)對扁頭進(jìn)行尺寸和對稱度測量，嚴(yán)格保證其在設(shè)計(jì)公差內(nèi)。堅(jiān)持軋輥每次上線前進(jìn)行徹底清洗和涂抹甘油，減少雜物進(jìn)入，改善潤滑條件。
4 結(jié)論
通過以上技術(shù)改進(jìn)和控制措施，接軸強(qiáng)度顯著提升，運(yùn)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(yùn)行。同時(shí)也大大減少了維護(hù)和檢修工作量，降低了職工勞動強(qiáng)度。
