軋機聯軸器安全銷的結構優化

焦自金，王書雷

（山鋼股份萊蕪分公司 型鋼廠，山東 萊蕪 271104）

1 前 言

萊鋼型鋼廠中型型鋼生產線的萬能軋機是精軋機的主體設備，其電機和減速機之間采用型號為KSS447 的安全銷式鼓形齒聯軸器（簡稱安全聯軸器）連接，其工作原理是通過裝配在安全聯軸器內齒圈上的安全銷的過載剪斷功能，配合主電機的過載保護系統，實現對軋機主傳動系統的可靠保護。安全銷作為安全被剪斷元件，具有一定的安全保護功能，當設備超負荷運轉時，能夠瞬間剪斷，以保護傳動系統的安全。同時安全銷還必須具備穩定的可靠性，避免在正常軋制過程中斷裂，導致軋件堆鋼等事故的發生。在使用過程中發現，安全銷頻繁出現斷裂事故，平均使用壽命為1.5 個月，對生產順行造成較大影響。結合安全銷的工況，對安全銷的強度進行校核，并進行結構優化，消除了這一設備隱患。

2 安全銷使用過程中出現的問題

安全銷使用過程中出現以下問題：1）性能不穩定。安全銷安裝投入使用初期可靠性較高，但隨著使用時間的延長（1 個月以后），產生疲勞裂紋并逐漸擴展，導致可靠性降低，出現安全銷頻繁斷裂現象。2）安全銷由于選材和熱處理不當，強度和韌性搭配不合理，使用過程中，材料在剪斷截面上產生塑性滑移變形，使其截面材料脆化而強度降低，最終導致斷裂。3）安全聯軸器一般需要同時安裝3根安全銷，共同承擔傳遞扭矩的作用。在實際生產中，經常出現3 支安全銷不同時受力的情況，逐個陸續迅速斷裂。4）由于材質、結構尺寸和裝配精度等方面的設計和加工缺陷，安全銷的強度選擇過分強調可靠性，使其安全性能降低。

3 安全銷結構優化

3.1 聯軸器的結構特點及工作參數

中型線精軋機組采用的是帶槽銷釘式安全聯軸器，與普通鼓形齒聯軸器的區別是在聯軸器的內齒圈上配置有安全銷孔，并有一側的內齒圈被加工成內外兩部分的分體結構。裝入安全銷后，兩半聯軸器被連接到一起，此時安全銷代替鉸孔螺栓并傳遞扭矩。在生產中，當軋機的沖擊負荷超過設定值時，安全銷斷裂，安全聯軸器的兩半聯軸器均嚙合正常，但兩半聯軸器脫離連接，過大的軋機沖擊力不會對軋機的主傳動系統造成損壞。

安全銷的主要參數：額定扭矩28636 N·m；斷裂扭矩78400 N·m；材質為45#鋼調質處理，屈服強度500 MPa，剪切強度561.5 MPa；計算剪應力311 MPa。

3.2 材料及熱處理方法選擇

由于實際工作過程中，軋機的沖擊給安全銷帶來的破壞作用非常大，因此要求材料的沖擊韌性指標和抗疲勞能力要比45#鋼更加優異。經過綜合試驗，并考慮其經濟性等各方面因素，選擇了35CrMo作為替代材料。為進一步提升各項性能指標，采用調質處理的方式，加熱溫度為850 ℃，回火溫度550 ℃，冷卻方式采用油冷。材料性能參數為：屈服強度800 MPa，剪切強度950 MPa，伸長率≥15%，收縮率≥50%，沖擊韌性≥65 J/cm2，硬度HB270。

3.3 安全銷頸部直徑的計算

安全銷頸部是過載時安全銷的斷裂部位，頸部直徑即為安全銷的工作直徑。安全聯軸器上共有6個銷孔，原始設計安全銷的使用根數為3 根，每隔1個銷孔安裝1 根安全銷，這一設計即能保證安全銷傳遞扭矩的能力，又能最大程度使每根安全銷受力均勻。因此，按原設計使用3 根安全銷同時工作。由于中型生產線進行新產品開發，對額定斷裂扭矩進行修訂，確定其值為81340 N·m。根據銷釘式安全聯軸器的銷釘切槽處的直徑計算公式，確定安全銷頸部直徑為（18.2±0.05）mm。

3.4 加工精度和加工工藝

影響安全銷尺寸精度和表面質量的主要因素有加工精度、位置精度及孔徑精度。

1）安全銷套的加工精度指安全銷套與聯軸器銷孔配合的外徑尺寸精度和安全銷套與安全銷配合的內徑尺寸精度。如果2個尺寸精度差、公差大，將會造成銷套與銷子和聯軸器孔配合不好，出現安全銷不同時受力的情況。因此，必須依據安全銷套工作尺寸的公差大小確定安全銷的尺寸公差。

2）6 個聯軸器銷孔的位置精度（分度精度和定位精度）和孔徑精度。兩半聯軸器的6 個銷孔的位置精度如果較差，將會使兩半聯軸器銷孔定位后的同軸度發生偏移，造成其銷孔的實際作用尺寸變小，影響其同時承受載荷的能力。由于1套聯軸器上的銷孔都是配鉆配鉸的，只有在安裝安全銷時注意保持聯軸器的連接位置正確，才能避免由于精度差對安全銷使用造成的不良影響。對安全銷套實施選配法提高孔徑精度。

3）材料的彈性變形量的大小和抗疲勞能力。安全銷、安全銷套、聯軸器的材質確定后，其彈性模量為定值。安全銷安裝后由于尺寸精度造成的接觸精度不一致會通過材料的彈性變形來消除。

4 應用效果

通過對安全銷結構和性能的技術優化，提高了安全銷的使用壽命和工作可靠性。根據1 a 的數據統計，優化后的安全銷使用壽命比優化前提高1倍，平均使用壽命達到3 個月。在使用過程中，通過定期更換等維護手段，因安全銷斷裂造成的設備停機事故減少了50%，保證了生產的穩定順行。