大型联轴器裂纹原因分析及对策

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Reason Analysis and Countermeasures for Crack on Large CouplingQI Liang-ming，DENG Zhi-hong，JI Yun-zong(Xinyu Iron&Steel Co.，Ltd.，Xinyu 338001)AbstractBased on the force analysis，strength calculation and material analysis of the largecoupling connected by tangential keys，find out the crack causes.It is important for material selection，manufacture，and usage of the large coupling。

Key words]Tangential key connection，coupling，crack，analysis1 前言使用切向键连接的大型联轴器，因其安装方便、传输力大，在冶金设备上有着广泛的应用，炼铁、炼钢、轧钢设备传动中大量使用了切向键的连接方式。对使用切向键连接的大型联轴器产生裂纹的原因进行分析探讨，在大型联轴器的选材、制造和使用上均具有重要的指导意义。

QLZ21联轴器是安装在中板轧机3400减速机输出侧的大型联轴器 ，其外径 1950mm，总重量11.08t。该联轴器自使用以来故障较多，有时甚至安装运行不到几周就断裂损坏，由于该联轴器为配套生产，每次发生裂纹事故后都必须整套更换，因此，事故发生后对生产和设备都带来重大损失，本文就其中-次的联轴器裂纹事故发生原因进行分析。

2 联轴器的结构QLZ21联轴器的结构如图1所示，外齿圈 I与3400减速机输出轴连接，外齿圈Ⅱ与轧机输入轴连接，两外齿圈分别用两对切向键和过盈配合与轴连接。外齿圈通过均布的36个鼓形钢球与内齿圈相连，安装鼓形钢球的园柱孔，采用配钻的方法加工。内齿圈Ⅱ使用绞制孔螺栓与中间盘连接，内齿圈 I通过安全销与中间盘连接，安全销传递- . 58-的最大扭矩设计为1372kN.m，超过此值安全销将剪断。两轴线倾角允差最大为l。30。

图1 QLZ21联轴器结构1-轧机输入轴；2-外齿圈Ⅱ；3-鼓形钢球；内齿圈Ⅱ；5-中间盘； 安全销 ；7-内齿圈 I；8-外齿圈 I；9-340o减速机输出轴3 联轴器的安装及裂纹情况该联轴器的安装尺寸如下：外齿圈 I的直径为4，5200.2mm，3400减速机输出轴的直径为 不大于5200.58mm。

外齿圈 I与外齿圈Ⅱ的同轴度为 0.33mm，小于图纸要求的不大于4，0.5mm。

栏 目编辑 ：孙维宁问题研究 第31卷2013年第1期(总第163期)3400减速机输出轴与轧机输入轴的夹角为10。2，小于图纸要求不大于1。30。

本次安装使用的QLZ21联轴器，运行-个多月就发现裂纹，外齿圈 I外侧端面(靠3400减速机方向)的裂纹从切向键顶角处向与中心线约成14o角裂透如图2所示；而外齿圈 I的内侧端面(靠外齿圈Ⅱ侧)的裂纹则偏离该切向键顶角约20mm向外裂透，裂纹径向亦与中心线约成 16。夹角，因此，裂纹可认为是从3400减速机方向靠切向键顶角处向外扩展所致。

图2 外齿圈 I外侧端面裂纹示意4 联轴器的裂纹原因分析4.1 联轴器的应力分析由联轴器的安装尺寸我们可以看出，联轴器的安装同轴度为西0.33mm，小于图纸要求的不大于西0.5mm；两轴的夹角为10。2，小于图纸要求不大于1。30。因此，可认为外齿圈只受过盈装配产生的应力和轧钢扭矩产生的应力的作用，应力分析如图3所示。

图3 外齿圈I受力应力根据联轴器的结构，外齿圈I z向所受的应力or。0，仅受径向应力 和切向应力 。

由过盈装配配合直径变化量的计算公式n呵得：包容件直径变化量：e 抛 (1 )/(1-q 2) a] (1)被包容件直径变化量：ei c [(1q； )/(1-qi )- t (2)式中： 配合尺寸b520mm；E， ～ 孔 的 弹 性 模 量 (202 X 109N/mm )、 白松比0.3；， ；- - 轴 的弹性模量 (202 X 109N/mm2)、泊松比03。

cdld式中： --夕f、齿圈I的内径、轴的外径，b520mm；出 齿圈 I的外径；轴的内径，此处为0。

过盈装配产生的应力内齿圈 I与3400减速机输出轴的装配过盈量为：8e e；(520O.58)-(5200.20)0.38mm则外齿圈I所受的结合压力 为：降 8/4[(1-1，；)，E( )/(吐 -d；2) ]lEd(3)外齿圈 I因内力 产生的内应力or ， 。如图4所示。

图4 内齿圈 l因过盈装配产生的应力分布则外齿圈I所受的最大装配内应力 ， 嘲在其内表面，最大值为： (4)：- ( d：2)，(吐 - ) (5)- 59-第31卷2013年第1期(总第163期) 问题研究式中：n--装配内应力；- - 外齿圈的外径；外齿圈的内径，520mm。

4.2 外齿圈I所受的扭转切应力该套轧机压下系统采用液压保护，其卸荷压力控 制在 1350t，由此计算 出的轧 轧制扭矩为l190kN·nl，且在此期间内未发生过断安全销事故，因此我们可认为其最大扭矩为1372kN·in，外齿圈I在内表面A(西520)处与外表面B(西1192)处所爱的扭矩等于轴或鼓形钢球传递的扭矩，即最大为1372kN·nl。因过盈配合可传递扭矩为：TITI 丌d l厶 竹 al厶I 1)式中 ，厶， 分别为dl900mm处的扭矩、长度、内应力。

，厶。， 。分别为 。1230mm处的扭矩 、长度、内应力。

经计算 T9144kN·in，则其可传递扭矩远远大于需传递扭矩1372kN-in，因此可认为传递扭矩主要由过盈来实现，而切向键则辅之。假设扭转切应力均布，可A。，A。 处切应力 为最大。

orrAl-57.34 X 10 N/mAI98.34 X 10 N/mAu78.56 X 106N/m丁AI 7I Al16 X 1372 X 103/3.14 X 0.523 50.71×10 N/m外齿圈 I所受的主应力 or。， ：、方向角a p为：( )/2±[( - )/212丁 l l (7)～ aAarctg[2 Al/( - )/2 (8)经计算得：IAl114.1 X 1 /m2 l A195.41 X 106N/m2Al-64.92 X 10 N/m 2Al-74.17 X 10 N/maAl17.25。 al18.36。

根据第三强度理论：、 lAI- 2AI179.02 X 10 N/m盯1An-盯2Ail179.02×10。N/m2可见 AI处表面为最大应力点，因切向键的应力集中的影响，故在I-I剖面最大应力在I-I面的受力切向键顶角点位置。

Sl 02/( I I- 2AI)510×106/179.02 X 10 2.58AJr A1lr轴- W16T/1T (6) 4.4式中： 轴的外径，b520mm；7L-轧制扭矩，T为 1372kN·in。

4.3 外齿圈I的强度校核I 1Il 1I图5 外齿轮 I剖视图如图5所示，因外齿圈I的外径在I-I剖面直径为900mm，在II-II剖面为1230mm，则其最大应力为A。或A。点，由式(3)、(4)、(5)、(6)可得：l49.17 X 10 N/ml57.34 X 10 N/m。

rAl-49.17×106N，n. . 60-可见其最大应力集中处安全系数最大为2.58。

外齿圈I的材质分析我们将外齿轴套取样进行成份、金相和力学性能分析，其结果如下：(1)化学成份见表1。

表 1 化学成分%化学成份 C Cr Mo Mn Si P S35CrMo 0.30 0.8 0.20 0.50 0.30标准值 -0.37-1.20-O.30-0.8O-0.50≤O·o3O≤0·O306 o-s42。 24 o.o 5表2 机械性能机械性能 M0"Po.2 /MtrPy / o%' JHB3 - 4o-ss。 ，样棒实测值 295 660 8 7.5 195(3)金相组织 ：样棒金相组织为珠光体(块状)铁素体，且沿晶界有铁素体析出，呈网状。

[下转第66页]第3l卷2013年第1期(总第163期) 问题研究制。

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5 结束语电力通信网的改革在诸多方面为电力通信技术发挥着积极的推动作用，电力企业相关人员在工作中要着力加强对此种技术的应用，以推动其为企业创造更多的经济效益。