第5期 魏钢城等：热轧带钢R2粗轧机下主传动轴断裂有限元分析与应用 .511, 150 1910 150 20 1870 20 1250 850 00 Φ110H7 485 300 650 165 190 840186 S8650 815550 190 >:5 430 140 430 图7主传动轴加固措施结构图（单位：mm) Fig.7 Improved strengthening structure of the main drive spindle (unit:mm) 4 结论 1963×10P 1.766×10 (1)计算显示的最高应力集中区域正是传动轴 1.570×10 1374×10 产生裂纹和断轴截面的区域，且该区域是传动轴率 1.178×10 先产生疲劳点蚀和剥皮区域，因此验证本计算模型 9.813×10 7850×101 结果正确可信 5887×10 (2)由于设计传动轴在托起支架支持的局部轴 3924×10 1.961×10 段外圆直径尺寸的突然减小（缩颈），导致了传动轴 1.942×102 在该处出现应力集中，所有工况计算结果均反映传 动轴在缩颈部位应力集中，尽管缩颈处内径减小了 图8传动轴采取加固措施后受扭三维应力分布图 40mm即轴厚度增加了40mm,缩颈处比非缩颈处 Fig.8 3-D stress distribution field of the improved spindle under 的应力普遍增加60%左右，将传动轴缩颈区段改为 torsion 实心区段可以减小最大扭矩应力值20%左右 (3)在许用扭矩和传动轴自重引起的弯矩条件 1963×10 下产生的应力为198.1MPa,而仅仅在许用扭矩作 1766×10 1.570×10序 用下产生的应力就已经达到196.1MPa;也就是说， 1374×10 由于传动轴重量等引起的弯曲应力仅为总应力的 1178×10 9813×10 1%左右，而许用扭拒作用达到的应力为总应力的 7850×10 99%,因此认为扭矩是造成传动轴产生裂纹和断轴 5887×10 3924×10 的根本原因， 1961×10 (4)在轧机传动系统扭振时，传动轴在托起支 1942×10 架支持的局部轴段支持轴承有时不能完全跟随传动 轴急停与急加速进行响应，导致该处成为薄弱区段， 图9传动轴采取加固措施后轴受扭应力分布切片图 也是应力在该处集中的另一个原因，因此该处轴承 Fig.9 Stress slice field of the improved spindle under torsion 运转状况的好坏和减小生产当中出现的较大扭矩冲图7 主传动轴加固措施结构图（单位：mm） Fig．7 Improved strengthening structure of the main drive spindle （unit： mm） 图8 传动轴采取加固措施后受扭三维应力分布图 Fig．8 3－D stress distribution field of the improved spindle under torsion 图9 传动轴采取加固措施后轴受扭应力分布切片图 Fig．9 Stress slice field of the improved spindle under torsion 4 结论 （1） 计算显示的最高应力集中区域正是传动轴 产生裂纹和断轴截面的区域‚且该区域是传动轴率 先产生疲劳点蚀和剥皮区域‚因此验证本计算模型 结果正确可信． （2） 由于设计传动轴在托起支架支持的局部轴 段外圆直径尺寸的突然减小（缩颈）‚导致了传动轴 在该处出现应力集中‚所有工况计算结果均反映传 动轴在缩颈部位应力集中‚尽管缩颈处内径减小了 40mm 即轴厚度增加了40mm‚缩颈处比非缩颈处 的应力普遍增加60％左右．将传动轴缩颈区段改为 实心区段可以减小最大扭矩应力值20％左右． （3） 在许用扭矩和传动轴自重引起的弯矩条件 下产生的应力为198∙1MPa‚而仅仅在许用扭矩作 用下产生的应力就已经达到196∙1MPa；也就是说‚ 由于传动轴重量等引起的弯曲应力仅为总应力的 1％左右‚而许用扭拒作用达到的应力为总应力的 99％‚因此认为扭矩是造成传动轴产生裂纹和断轴 的根本原因． （4） 在轧机传动系统扭振时‚传动轴在托起支 架支持的局部轴段支持轴承有时不能完全跟随传动 轴急停与急加速进行响应‚导致该处成为薄弱区段‚ 也是应力在该处集中的另一个原因．因此该处轴承 运转状况的好坏和减小生产当中出现的较大扭矩冲 第5期 魏钢城等： 热轧带钢 R2粗轧机下主传动轴断裂有限元分析与应用 ·511·