緊張熱定型機(jī)輥、軸聯(lián)接分析

逯發(fā)虎 張俊

摘要：本文以120噸/天滌綸短纖后處理設(shè)備ZHV705F型緊張熱定型機(jī)受力最大輥筒為研究對(duì)象。采用理論計(jì)算的方法，分析四種狀況下的螺釘受力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果與許用值進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該產(chǎn)品采用摩擦型螺釘聯(lián)接的設(shè)計(jì)能夠滿足各載荷狀況的要求。

關(guān)鍵詞：緊張熱定型機(jī); 輥筒; 四種狀況; 螺釘受力;摩擦型螺釘聯(lián)接

引言

目前，在紡織產(chǎn)品中牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)，輥、軸聯(lián)接處螺釘斷裂的情況時(shí)有發(fā)生。有的甚至造成輥筒脫落。一旦出現(xiàn)這種情況，不僅需要較高的維修費(fèi)用，還會(huì)造成長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率[1]。

本文采用理論計(jì)算的方法，以受力最大的輥筒為研究對(duì)象。計(jì)算其輥、軸聯(lián)接螺釘在不同狀況下的受力。分析計(jì)算結(jié)果，保證該產(chǎn)品在安全可靠的條件下運(yùn)行。

1、結(jié)構(gòu)組成

緊張熱定型機(jī)為滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)單元機(jī)之一，用以對(duì)絲束作定型處理，穩(wěn)定分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加強(qiáng)力。緊張熱定型機(jī)由3個(gè)單元機(jī)和移門、罩殼組成。每個(gè)單元機(jī)由箱體、齒輪傳動(dòng)、定型輥、潤(rùn)滑裝置等組成。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ單元機(jī)各裝6個(gè)輥筒[2-3]。18只定型輥（NO1-NO18）上下排列，如圖（1）所示。各定型輥主要由定型輥結(jié)合件與大軸組成，中間采用螺釘M30X2X110-12.9聯(lián)接。

2、輥筒絲束張力計(jì)算

故以第一輥筒為分析對(duì)象，分析四種狀況。

狀況A：正常工作時(shí)，絲束單絲張力2.868cn/dtex，絲束合力PA=257740N;

狀況B：絲束全部繞輥，繞至50mm厚時(shí)，絲束張力3.778cn/dtex，求得絲束合力PB=337894.2N;

狀況C：絲束1/3繞輥，其中1/2斷裂，繞輥時(shí)絲束張力3.778cn/dtex，斷裂時(shí)絲束張力5.737cn/dtex，求得絲束合力PC=313296.2N;

狀況D：絲束全部繞輥至絲束全部斷裂，絲束張力5.737cn/dtex，求得絲束合力PD=510364.4N。

3、螺釘負(fù)載計(jì)算

輥筒和大軸的聯(lián)接螺釘沿Φ880均勻分布，如圖（2）所示。由于絲束張力，20只螺釘都受力，但每只受力不一樣，受力最大的是最上面a位置處，由于輥筒每旋轉(zhuǎn)一周，螺釘受最大拉力一次，屬交變拉力。20只螺釘通過(guò)距離轉(zhuǎn)換為a位置處的當(dāng)量螺釘數(shù)為10.298只，計(jì)算如下式。

由式（3-1）求得螺釘在位置a處，四種狀況下的最大拉力分別為23886.5N，31292.4N，29014.86N，47266.38N。

在正常情況下，螺釘預(yù)緊并受軸向拉力，當(dāng)20只螺釘都正常受力時(shí)：

由式（3-2）求得螺釘在位置a處，四種狀況下分別為162.6MPa，213MPa，197.5MPa，321.8MPa。

當(dāng)裝配當(dāng)裝配不當(dāng)或螺釘松動(dòng)等其他原因，有可能造成螺釘受復(fù)合載荷。

由式（3-3）求得分別為176.9MPa，231.9MPa，215MPa，350.3MPa

4、結(jié)果分析

本產(chǎn)品輥、軸聯(lián)接采用螺釘M30X2X110-12.9聯(lián)結(jié)，許用應(yīng)力：

式中：安全系數(shù)s=1.35取值范圍1.2-1.5;求得：

由此可知，無(wú)論是在正常情況下，還是在承受復(fù)合載荷時(shí)，如果20只螺釘都受力，均小于許用應(yīng)力800MPa，皆滿足四種載荷狀況。但考慮到溫度因素，高強(qiáng)螺釘聯(lián)接的極限承載力基本隨溫度的升高而降低，當(dāng)溫度低于200℃時(shí)，極限承載力與常溫下接近。本次分析的定型輥是通過(guò)通入2.0MPa蒸汽加熱，蒸汽溫度為211.4℃，但螺釘處溫度低于200℃，故影響不大。

但由于裝配不當(dāng)或疲勞載荷等因素，輥、軸聯(lián)接處的螺釘將產(chǎn)生撬力效應(yīng)，撬力作用使聯(lián)接螺釘?shù)睦γ黠@增加，同時(shí)在交變的載荷作用，螺釘逐漸松動(dòng)。當(dāng)螺釘所承受的總拉力大于0.8倍螺釘初始預(yù)緊力時(shí)，被聯(lián)接件界面間的摩擦力基本喪失，螺釘連接逐步由摩擦型傳力退化為承壓型傳力[4-6]。如果當(dāng)一只螺釘承受剪切力時(shí)：

由式（3-2）求得分別為193.87MPa，255.3MPa，236.4MPa，387.7MPa

5、 結(jié)論

在溫度因素可忽略的條件下，螺釘質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，裝配符合規(guī)范，負(fù)載由20只螺釘分擔(dān)，在上述四種狀況下，螺釘能夠滿足使用要求。由于裝配不當(dāng)或疲勞載幅的提高，造成螺釘?shù)乃蓜?dòng)，當(dāng)一只螺釘承受剪切力時(shí)，螺釘在B、C、D三中狀況下出現(xiàn)螺釘斷裂。

6、安裝措施

在進(jìn)行輥、軸聯(lián)接的安裝時(shí)，每個(gè)螺釘螺紋部分應(yīng)涂LW-1000高溫絲扣防粘劑，擰緊力矩1750N·M。輥筒與軸的安裝面、聯(lián)接螺釘必須精心清洗干凈，任何污染都會(huì)引起徑向偏差。始終保持被聯(lián)接件接觸面摩擦力不被克服和不發(fā)生相對(duì)滑移，保持整體性，各個(gè)螺釘受力均勻可靠，耐疲勞。另外，螺釘質(zhì)量驗(yàn)收要嚴(yán)格。螺釘在按規(guī)范裝配后，運(yùn)轉(zhuǎn)500小時(shí)后再按照規(guī)定力矩復(fù)擰緊，然后每運(yùn)轉(zhuǎn)4000小時(shí)后再擰緊一次，或者采取防松措施。始終保證該產(chǎn)品在安全可靠的條件下運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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