周研 ， 李耀剛

（1.河北聯(lián)合大學，河北唐山063000；2.唐山鋼鐵集團有限責任公司設備機動部，河北唐山063000）

0 引言

與其他種類的大型高載荷機械設備類似，軋機在其軋制生產(chǎn)過程中也必然存在著振動現(xiàn)象。系統(tǒng)的外載荷主要為軋制力矩和主電機扭矩。垂直振動的受載系統(tǒng)一般包括軋輥、軸承座、壓下系統(tǒng)、彎輥裝置、機架等。軋制力、彎輥力、平衡力等是垂直振動系統(tǒng)的主要外載荷。軋機主傳動系統(tǒng)的主要振動形式為扭轉振動，而軋鋼機工作機座的主要振動形式為垂直振動。軋機傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性對軋制質量也有較大的影響，本文以唐鋼某廠的冷軋生產(chǎn)線中的六輥軋機為研究對象，對其傳動系統(tǒng)關鍵件萬向聯(lián)軸器進行有限元分析。

1 萬向接軸器分析

萬向接軸的三維裝配圖如圖1所示。

圖1 萬向接軸的三維裝配圖

左端的接軸部分與軋輥相連，右端的接軸與分配箱相連，中間部分靠兩個萬向節(jié)相連。

兩個叉頭與十字軸都是銷孔連接，可以自由轉動的，萬向聯(lián)軸器就是通過兩個可以自由轉動的銷孔連接的配合實現(xiàn)“萬向”功能的。所以在萬向聯(lián)軸器中叉頭和萬向接軸均為關鍵件，其強度是否滿足直接影響萬向聯(lián)軸器的傳動功能。

下面對叉頭及萬向接軸進行有限元分析。

1）萬向接軸諧響應分析。

雖然模態(tài)和諧響應同屬于線性分析，本著研究的嚴謹性，諧響應分析仍然采用0°和12°兩種工作狀態(tài)。

由任務書可知軋制力矩為84 kN·m，力矩由萬向接軸接近電機的那端傳到軋輥經(jīng)過了萬向聯(lián)軸器和滾子軸承，查表得傳遞效率分別為0.96和0.98，電機端扭矩為M，則 M×0.96×0.98=84，得M=89.3 kN·m。

將扭矩加載到與十字軸相接處的半圓面上，同時變換為面力F，與十字軸接觸的兩個圓面的距離l為184 mm，則

解得 F=2.427×105N。

約束：根據(jù)萬向接軸的實際工作狀態(tài)，電機端叉頭端面全約束，萬向聯(lián)軸器的中心軸線上加全約束。在對稱面上施加對稱約束。

載荷：將扭矩轉換成力偶施加在軋輥端端面的節(jié)點上。

取諧響應分析時施加的簡諧波的頻率范圍為0～1100 Hz，載荷步為20步。

2）結果分析。

在模型上取點如圖2，分別觀察節(jié)點在X、Y、Z三個方向上的共振情況。為了與真實狀況相接近，通過在兩個模型取不同區(qū)域的點形成曲線，進一步觀察、分析得出更能準確說明問題的點，如圖3。

表1 連接元件的傳遞效率

圖2 諧響應分析結果

圖3 頻率－振幅曲線

圖3 中，曲線的橫坐標是頻率，縱坐標是振幅。采集實體上的各個節(jié)點，分別觀察分析各個節(jié)點的X、Y、Z方向的受迫振動情況。圖3列出的是具有代表性的四個節(jié)點的振形圖。

根據(jù)以上分析，得到結論：在兩種工作狀態(tài)下，萬向接軸各個節(jié)點的三個方向都會在100Hz、570Hz和800Hz附近的某一頻率振幅較大，有共振產(chǎn)生。建議在軋機的工作環(huán)境要避免或減少以上頻率的振動，以免引起共振。

2 結 論

本文以冷連軋軋機為研究對象，在總結軋機振動研究成果的基礎上，對六輥軋機垂直系統(tǒng)的主傳動系統(tǒng)關鍵部分——萬向接軸進行了有限元分析。利用ANSYS有限元軟件對萬向接軸等傳動部件進行了諧響應分析,結果表明，通過對萬向接軸整體的諧響應的分析，得到系統(tǒng)的共振點會在100 Hz附近，是第一階扭振頻率。故扭振對傳動系統(tǒng)的影響最大。

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