石山　焦自（zì）金（jīn）　王建軍　呂傳偉　王書磊

（萊蕪鋼鐵股（gǔ）份有限公司型鋼廠）

　　摘　要：本文闡述（shù）了十字軸式萬向接軸的結構和使用中的主要故障，分析了故障產生的原因，並相應提出了提高接軸強度、延長使用壽命（mìng）的對策和措施。
　　關鍵詞：萬向接軸；故障；強度提升；對策
　　1　引言（yán）
　　軋機接軸是軋機傳動係統的關鍵部件。現代軋機主傳動中常用萬向接軸有滑（huá）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（lǜ）高、傳（chuán）遞扭矩大、傳動平穩等優（yōu）點（diǎn）得（dé）到廣泛使用。十字軸式萬向接軸根據十字（zì）軸軸（zhóu）承座形式（shì）的不同，又分為整體叉頭式和分體軸承（chéng）座式（shì）。我廠中型H型鋼生產線萬能軋機就選用了十字軸分（fèn）體軸承座式萬向接（jiē）軸。該生產（chǎn）線是20世紀90年代（dài）投產的一（yī）條短應力緊（jǐn）湊型萬能軋機（jī）生產線，全（quán）部采用進口設（shè）備，並采（cǎi）用了兩級計（jì）算機控製（zhì），自動化程（chéng）度高，具有當代先進水平。在幾年的運行使用中，該接軸（zhóu）經常出現部件損壞（huài），成為設備穩定運行的薄弱環節。我們通（tōng）過認真總結分析（xī），逐步摸索並實施了一些提高接軸強度、延（yán）長（zhǎng）使用壽命的（de）措施，有效地緩（huǎn）解了接軸對生產的製約，保證了（le）生產的連續運行。

　　2　接軸結構和故（gù）障現象

　　2.1接軸結構

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

　　2.2故障現象

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

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

　　（2）接軸十字軸斷（duàn）裂。十字（zì）軸根部斷裂和軸頭異常磨損，造成接軸（zhóu）傳動失效。

　　（3）軋機上下線困難。接（jiē）軸套筒異常（cháng）磨（mó）損，軋輥扁頭和接軸套筒（tǒng）軋（zhá）機。
　　3　原因分析和相應對策

　　十字軸和螺栓斷裂故障產生的直接原因是十字軸和接軸螺栓強度不足；其次是（shì）十字軸與軸承座、軸承座與接軸本體（tǐ）以及套筒和（hé）軋輥之（zhī）間存在間隙，在運轉中產生的衝擊（jī）負載，這種衝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（yuán）因，一是套筒加工公差偏（piān）小；二是套（tào）筒和軋輥接觸（chù）麵內進入鐵屑等產生擠壓（yā）滑傷。

　　3.1針對以上原因我們采取（qǔ）以下對策

　　（1）優化螺栓材質。認真做好熱處理工藝檢驗，保證螺栓（shuān）調（diào）質後（hòu）回火索氏體的比例。接軸螺栓的材質應具有良好的淬透性（xìng），以（yǐ）保證螺紋截（jié）麵的芯部在淬火後回火前得（dé）到90％左右的馬氏體組織。故采用合金結構鋼35CrMo，該材質強度、韌性和淬透性均高，完全（quán）滿足上述要求，調質處理後的螺栓金相組織（zhī）可不存（cún）在塊狀鐵素體，全部為索氏體組（zǔ）織。

　　（2）提高螺栓頭部堅固性。接（jiē）軸（zhóu）螺栓斷裂多數是頭部斷裂，說明頭部堅固性不足。加（jiā）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（bù）圓角由（yóu）R3改為（wéi）R3.5，有（yǒu）效降低應力集中係數（shù）。

　　（3）優化螺紋（wén）加工工（gōng）藝避免負荷集中。

　　1）控製螺紋公差，均勻螺栓（shuān）負荷，減少負荷集中。因為螺栓預緊後，螺紋部分的（de）負（fù）荷呈（chéng）倒錐狀分布（bù），螺紋（wén）尾部負荷是其（qí）頭部（bù）負荷的1.3～1.5倍，造成螺（luó）栓頭部和尾（wěi）部負荷不均勻，從而影響螺栓（shuān）壽命（mìng）。對此我們實施了修改螺紋加工公差的方法：一是加大螺（luó）紋頭部尺寸；減小螺紋尾（wěi）部尺（chǐ）寸（cùn）。使（shǐ）預緊後螺紋負荷部分呈矩形，達到避免（miǎn）螺紋尾部負荷集中目的。修改前後負荷變化情況如圖3所示。

　　2）延長螺（luó）栓收尾（wěi）長度，減少應力集中。我們根據不同的螺栓規格，將接軸螺栓螺紋收尾尺寸增大為2.5P（P為螺距），有效減少（shǎo）因應力（lì）集中造成的螺紋尾部斷裂。實施以後，未出現接軸螺栓螺紋尾部斷裂情（qíng）況。
　　（4）控製十字包端麵兩個間隙。接軸十字包與十字軸之間的間（jiān）隙大小直接（jiē）影響（xiǎng）接軸螺栓（shuān）孔距，而孔距的誤差將會對接軸（zhóu）螺栓施加額外的彎（wān）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整墊片的（de）方法，對孔距（jù）進行逐個調整，將十字包上（shàng）接軸螺栓孔距控製（zhì）在0.20～0.45mm之間（jiān）（U5～U1軋機），消除附加荷載（zǎi）。
　　（5）嚴（yán）格控製軸（zhóu）承座和接軸本體連接（jiē）鍵（jiàn）的配（pèi）合間（jiān）隙。接軸本體與十字包聯（lián）接鍵槽的（de）間隙存在（圖4），增（zēng）加了運轉過程中十字包翻轉對接軸（zhóu）螺栓的彎曲荷載（zǎi）。一（yī）是選用較緊的H7/m6過渡配合公差；二是維修拆裝過（guò）程中，塗抹鎖固劑，彌補磨損間隙。可以減少這種翻轉產（chǎn）生的彎曲荷載。

　　（6）控製接軸套筒Z大磨（mó）損值，減少接（jiē）軸運轉中十字軸和螺栓的衝擊負荷。接軸套筒端向簡圖如圖5所示（shì）。

　　接軸套筒和軋輥扁頭間（jiān）的間隙設計值為（wéi）：0.35～0.60mm。接軸（zhóu）在運行一段時間（三（sān）個月左右）後，接軸套筒的兩個圓弧麵就出現不同程度的磨損，Z大值達5mm。套筒和軋輥之間的這個間隙使接軸每運轉一周產生兩次擺動位移，對十字軸和螺栓造成兩次衝擊負荷，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計值（zhí）為：0.35～0.60mm。接軸在運行一段時間（三個月左右）後，接軸套筒的兩個圓弧（hú）麵就出現（xiàn）不同程度的磨損，Z大值達（dá）5mm。套筒和軋輥（gǔn）之間的這（zhè）個間隙使接軸每運轉一周產生兩次擺動位移（yí），對十字軸和螺栓造成兩次（cì）衝擊負荷，加劇了（le）十字軸和螺栓的損壞。我們主要采取：一是對套筒內表麵進行熱處理以（yǐ）提高（gāo）表麵硬度、提高耐磨性，減少磨損，延長使用時（shí）間；二是嚴（yán）格控製磨損值，定期（qī）進行測量，超標套筒下線修複，保證磨損量不超過2.5mm，盡量降低衝擊負荷。

　　（7）嚴格控製接軸（zhóu）套筒製造公差，建立（lì）軋輥扁頭離線（xiàn）測量和上線清理製度，避免軋機上下線困難。套筒（tǒng）與扁頭（tóu）間隙過大產生衝擊，而過小則造成軋輥插入困難（nán），影響軋（zhá）機上線。對此，我們主要是套筒內孔製造公差優化為：370+0.45/+0.6mm和265+0.35/+0.5mm。同時在軋輥首次（cì）車削時（shí）對扁頭進行尺寸和對稱度測量，嚴格保證其在設計公差內。堅持軋輥每（měi）次上線前進行徹底清洗和塗（tú）抹甘油（yóu），減少雜物進入，改善潤滑條件。

　　4　結論

　　通過以上技術改進和控製措施（shī），接軸強度顯著（zhe）提升，運行穩定性與可靠性（xìng）得到（dào）了保證，使用壽命明顯延（yán）長，減（jiǎn）輕了對（duì）產能提升的製約，保障了（le）生產的連續穩定（dìng）運行。同時也大大（dà）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（xiè）設計手冊第3版．北京：化學工業出版社，1998

　　[2]機械零件設計手冊第3版．北京：冶金（jīn）工業出版社，1995

來源：《中國鋼（gāng）鐵（tiě）年會論文（wén）集》