韶钢热轧宽厚板轧机万向轴的研制

作者：江业泰　陈功彬　丁克　罗祯伟
（广东省韶关钢铁集团有限公司；武汉科技大学）

　　1　前言
　　广东省韶关钢铁集团有限公司热轧宽板厂(以下简称宽板厂)生产线是一条具有先进水平的热轧宽厚板生产线，整个工厂的建设以中外双方合作设计、设备合作制造的方式进行，工艺装备水平实现了大型化、自动化和现代化，生产全过程实现了计算机控制和自动物料跟踪，并配置了MES和ERP等先进的信息化管理系统，使生产线具有较高的信息化管理水平。
　　2　设备简介
　　宽板厂的投产促进了韶钢板材生产工艺升级和品种结构调整，生产的主要品种包括普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、桥梁板、锅炉容器板、造船用钢板、高级别管线钢及高层建筑钢板等。在轧制高级别船板钢、高级别管线钢和高层建筑钢板等品种钢时，由于产品本身强度高，轧制工艺要求严格，对设备要求高，为此宽板厂四辊轧机配套的关键设备均选用优质进口件，如四辊轧机(四辊轧机主要参数见表1)万向轴选用德国VOITH公司的HF860.10万向轴(主要参数见表2)。

　　宽板厂于2005年2月底投产，初期使用进口万向轴，但存在产品价格高、交货周期长等问题，另外，目前国内供货商已具备了制造同类型产品的技术水准，为此，韶钢技术人员与国内某大型传动设备制造商共同研究并实施了宽板厂四辊轧机万向轴的国内自主制造工作。
　　3　技术特点和理论分析
　　3.1技术特点
　　一套万向轴由1根主传动轴和2根十字轴连接组成，国内自主制造的难点和关键点在于十字轴的制造，同时还要保证国产件与原进口件的互换性，为此采用与进口件相同的结构形式，即双法兰关节形式。其由1根主传动轴/JC80和2根十字轴/SWC860组成，但改原轴承座式十字轴为SWC整体叉头结构(见图1)。SWC形十字轴具有以下优点：

　　(1)SWC整体叉头结构在相同回转直径下，相对于轴承座式无内外圈轴承，轴承滚子和十字轴轴颈得以加大，使十字轴和轴承的疲劳扭矩大幅提高；
　　(2)SWC形十字轴轴承采用有外圈的整体式组合轴承，当轴承损坏后可只更换轴承，叉头可重复使用，降低了维修费用；
　　(3)采用十字轴轴肩与轴端平面推力轴承定位，克服了因十字轴自重引起的窜动，减少了整个十字轴的跳动，从而延长了十字轴使用寿命。
　　3.2关键部件强度校核
　　根据实践经验，十字轴轴颈在轴肩处的弯曲强度不足是十字轴失效的主要形式，因此必须对其强度进行校核。根据弯曲强度计算公式[1]：

　　式中，Tc为计算转矩，N·mm；R为十字轴中心到轴颈中部的距离，mm；S为轴颈中部至轴肩的距离，mm；d为轴颈直径，mm；do为轴颈内径，mm；[σu]为十字轴材料的许用弯曲应力，一般取[σu]=σs/(3～3．5)，MPa；σs为十字轴材料的屈服极限，MPa。
　　取d=228．4mm，S=75mm，R=278．5mm，tc疲劳扭矩2570kN·m计算，则有：

　　其必须小于十字轴材料的[σu]，则需十字轴的材料强度为：

　　σsZ大峰值扭矩5320kN·m计算，则有：

　　其不须小于十字轴材料的[σu]，只须小于十字轴材料的σs即可。
　　为此，十字轴材料选用20Cr2Ni4Mo，σs≥1080MPa，可满足要求。
　　4　结语
　　此次国内自主制造万向轴的转化工艺合理，材质选型适当，制造技术成熟可靠，在线使用一年以上无故障，使用寿命与进口件基本相当，而价格远低于进口件，有效降低了备件资金的占用，对同类型生产线具有一定推广价值。
 　　[参考文献]
　　[1]徐灏．机械设计手册4(第2版)[M]．北京：机械工业出版社。2003．

来源：《轧钢》