冷剪機滑動軸承工作狀態(tài)下變形的計算方法

武文平,韓雅楠,潘國輝

(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司，遼寧 大連 116000)

0 前言

冷剪機位于冷床出口，是對軋件進(jìn)行切頭和成品定尺剪切的設(shè)備，是一種機、電、液一體品的成套設(shè)備，適合剪切中、小型棒材、扁鋼等軋制產(chǎn)品[1-2]。曲軸、滑動軸承是冷剪機的核心部件。滑動軸承安裝在門形框架結(jié)構(gòu)機架上的軸承孔內(nèi)，曲軸支撐在滑動軸承上，剪切裝置通過連桿懸掛在曲軸偏心軸段處。當(dāng)執(zhí)行剪切命令時，傳動系統(tǒng)的氣動離合器投入工作，將飛輪儲存的能量通過齒輪減速器帶動曲軸在滑動軸承內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動，再通過連桿帶動上刀架沿固定導(dǎo)向槽作上、下往復(fù)運動，完成對軋件的剪切動作。結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過控制滑動軸承的內(nèi)、外徑尺寸公差，實現(xiàn)調(diào)整曲軸與機架軸承座間隙的目的。間隙量過大，冷剪剪切時的沖擊越大，也會影響剪材斷面的質(zhì)量；間隙量過小，會因為曲軸局部溫升過高導(dǎo)致滑動軸承與曲軸抱死，導(dǎo)致機構(gòu)失效甚至損壞[3]。本文通過有限元方法[4]，分析了剪切過程中滑動軸承變形，以及曲軸與機架滑動軸承之間的間隙量問題，為機構(gòu)設(shè)計提供參考。

1 初選分析位置

如圖1所示為冷剪機剪體機構(gòu)，冷剪機剪體機架分為操作側(cè)和傳動側(cè)，兩側(cè)各有一個軸承座，曲軸支撐在機架軸承座內(nèi)的滑動軸承上，如圖2所示。

圖1 冷剪機剪體機構(gòu)

圖2 剪體軸承座角度劃分

滑動軸承與機架軸承座之間為過盈配合，與曲軸之間為間隙配合。將機構(gòu)變形分為三個方向，X為曲軸軸向方向(以下稱為X向)，Y為豎直方向(以下稱為Y向)，Z為進(jìn)鋼方向(以下稱為Z向)，通過對三個方向變形分析，確定冷剪機機構(gòu)中曲軸與滑動軸承之間的間隙量問題。

如圖3所示為操作側(cè)滑動軸承變形量，對滑動軸承內(nèi)表面變形分析得到操作側(cè)X向、Y向、Z向最大變形分別為0.178 3 mm、0.902 57 mm、0.791 98 mm,見表1。

圖3 操作側(cè)滑動軸承變形量

表1 操作側(cè)滑動軸承變形量/mm

如圖4所示為傳動側(cè)滑動軸承變形量,傳動側(cè)X向、Y向、Z向最大變形分別為0.130 14 mm、0.681 6 mm、0.384 84 mm, 見表2。

圖4 傳動側(cè)滑動軸承變形量

表2 傳動側(cè)滑動軸承變形量/mm

分析發(fā)現(xiàn)冷剪機剪體操作側(cè)Y向、Z向的變形量較大，傳動側(cè)得到同樣的變形趨勢，且冷剪機操作過程中受力主要為豎直向上和水平進(jìn)鋼兩個方向，故選取Y向及Z向的變形量作為研究對象進(jìn)行分析。

2 冷剪機有限元分析

根據(jù)初步分析結(jié)果，選取Y向0°和180°數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，Z向90°和270°數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)。

通過有限元軟件進(jìn)行分析，分別將曲軸與滑動軸承接合處Y向0°和180°的一條直線上的變形中，提取線上的22個等分點來擬合整條直線上的變形，如圖5所示。

圖5 Y向有限元計算數(shù)據(jù)提取方式

計算兩個數(shù)據(jù)間的差額以得出曲軸和滑動軸承變形后形成的間隙量對比如圖6、圖7所示。

圖6 Y向操作側(cè)曲軸與滑動軸承間隙量

圖7 Y向傳動側(cè)曲軸與滑動軸承間隙量

通過有限元軟件進(jìn)行分析，分別將曲軸與滑動軸承接合處Z向90°和270°的一條直線上的變形中，提取線上的22個點來擬合整條直線上的變形，如圖8所示。

圖8 Z向有限元計算數(shù)據(jù)提取方式

計算兩個數(shù)據(jù)間的差額以得出曲軸和滑動軸承變形后的間隙量對比如圖9、圖10所示。

圖9 Z向操作側(cè)曲軸與滑動軸承間隙量

圖10 Z向傳動側(cè)曲軸與滑動軸承間隙量

經(jīng)計算得知，曲軸與滑動軸承之間Y向操作側(cè)、傳動側(cè)最大間隙量分別為0.275 73 mm、0.353 66 mm；Z向操作側(cè)、傳動側(cè)最大間隙量分別為0.030 23 mm、0.023 91 mm，見表3、表4。

表3 曲軸與滑動軸承間Y向最大間隙量 mm

表4 曲軸與滑動軸承間Z向最大間隙量 mm

3 結(jié)束語

冷剪機在針對軋件的剪切過程中，各零部件都存在著一定的局部彈性變形。為保證冷剪機機構(gòu)的運行正常，零部件間必須設(shè)計一定的間隙量來包容構(gòu)件的這種局部彈性變形量，曲軸和滑動軸承之間即為此種情況。同時，構(gòu)件間設(shè)計的間隙量過大會導(dǎo)致冷剪機整體精度下降，甚至無法滿足正常的剪切功能。通過這種有限元分析方法可以有效的模擬滑動軸承在剪切過程中的局部彈性變形過程，計算局部變形量，為曲軸和滑動軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供必要的理論支撐。