冷剪機(jī)滑動(dòng)軸承工作狀態(tài)下變形的計(jì)算方法

武文平,韓雅楠,潘國(guó)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(jī)位于冷床出口，是對(duì)軋件進(jìn)行切頭和成品定尺剪切的設(shè)備，是一種機(jī)、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(dòng)軸承是冷剪機(jī)的核心部件。滑動(dòng)軸承安裝在門形框架結(jié)構(gòu)機(jī)架上的軸承孔內(nèi)，曲軸支撐在滑動(dòng)軸承上，剪切裝置通過(guò)連桿懸掛在曲軸偏心軸段處。當(dāng)執(zhí)行剪切命令時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)的氣動(dòng)離合器投入工作，將飛輪儲(chǔ)存的能量通過(guò)齒輪減速器帶動(dòng)曲軸在滑動(dòng)軸承內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)連桿帶動(dòng)上刀架沿固定導(dǎo)向槽作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)軋件的剪切動(dòng)作。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)控制滑動(dòng)軸承的內(nèi)、外徑尺寸公差，實(shí)現(xiàn)調(diào)整曲軸與機(jī)架軸承座間隙的目的。間隙量過(guò)大，冷剪剪切時(shí)的沖擊越大，也會(huì)影響剪材斷面的質(zhì)量；間隙量過(guò)小，會(huì)因?yàn)榍S局部溫升過(guò)高導(dǎo)致滑動(dòng)軸承與曲軸抱死，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)失效甚至損壞[3]。本文通過(guò)有限元方法[4]，分析了剪切過(guò)程中滑動(dòng)軸承變形，以及曲軸與機(jī)架滑動(dòng)軸承之間的間隙量問(wèn)題，為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 初選分析位置

如圖1所示為冷剪機(jī)剪體機(jī)構(gòu)，冷剪機(jī)剪體機(jī)架分為操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)，兩側(cè)各有一個(gè)軸承座，曲軸支撐在機(jī)架軸承座內(nèi)的滑動(dòng)軸承上，如圖2所示。

圖1 冷剪機(jī)剪體機(jī)構(gòu)

圖2 剪體軸承座角度劃分

滑動(dòng)軸承與機(jī)架軸承座之間為過(guò)盈配合，與曲軸之間為間隙配合。將機(jī)構(gòu)變形分為三個(gè)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(guò)對(duì)三個(gè)方向變形分析，確定冷剪機(jī)機(jī)構(gòu)中曲軸與滑動(dòng)軸承之間的間隙量問(wèn)題。

如圖3所示為操作側(cè)滑動(dòng)軸承變形量，對(duì)滑動(dòng)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(jiàn)表1。

圖3 操作側(cè)滑動(dòng)軸承變形量

表1 操作側(cè)滑動(dòng)軸承變形量/mm

如圖4所示為傳動(dòng)側(cè)滑動(dòng)軸承變形量,傳動(dòng)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(jiàn)表2。

圖4 傳動(dòng)側(cè)滑動(dòng)軸承變形量

表2 傳動(dòng)側(cè)滑動(dòng)軸承變形量/mm

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

2 冷剪機(jī)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(guò)有限元軟件進(jìn)行分析，分別將曲軸與滑動(dòng)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(gè)等分點(diǎn)來(lái)擬合整條直線上的變形，如圖5所示。

圖5 Y向有限元計(jì)算數(shù)據(jù)提取方式

計(jì)算兩個(gè)數(shù)據(jù)間的差額以得出曲軸和滑動(dòng)軸承變形后形成的間隙量對(duì)比如圖6、圖7所示。

圖6 Y向操作側(cè)曲軸與滑動(dòng)軸承間隙量

圖7 Y向傳動(dòng)側(cè)曲軸與滑動(dòng)軸承間隙量

通過(guò)有限元軟件進(jìn)行分析，分別將曲軸與滑動(dòng)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(gè)點(diǎn)來(lái)擬合整條直線上的變形，如圖8所示。

圖8 Z向有限元計(jì)算數(shù)據(jù)提取方式

計(jì)算兩個(gè)數(shù)據(jù)間的差額以得出曲軸和滑動(dòng)軸承變形后的間隙量對(duì)比如圖9、圖10所示。

圖9 Z向操作側(cè)曲軸與滑動(dòng)軸承間隙量

圖10 Z向傳動(dòng)側(cè)曲軸與滑動(dòng)軸承間隙量

經(jīng)計(jì)算得知，曲軸與滑動(dòng)軸承之間Y向操作側(cè)、傳動(dòng)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(dòng)側(cè)最大間隙量分別為0.030 23 mm、0.023 91 mm，見(jiàn)表3、表4。

表3 曲軸與滑動(dòng)軸承間Y向最大間隙量 mm

表4 曲軸與滑動(dòng)軸承間Z向最大間隙量 mm

3 結(jié)束語(yǔ)

冷剪機(jī)在針對(duì)軋件的剪切過(guò)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(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行正常，零部件間必須設(shè)計(jì)一定的間隙量來(lái)包容構(gòu)件的這種局部彈性變形量，曲軸和滑動(dòng)軸承之間即為此種情況。同時(shí)，構(gòu)件間設(shè)計(jì)的間隙量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致冷剪機(jī)整體精度下降，甚至無(wú)法滿足正常的剪切功能。通過(guò)這種有限元分析方法可以有效的模擬滑動(dòng)軸承在剪切過(guò)程中的局部彈性變形過(guò)程，計(jì)算局部變形量，為曲軸和滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要的理論支撐。