中板轧机万向轴国产化选型分析

黄 强

（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏无锡 214400）

1 概述

兴澄特钢中板产线主要设备是意大利达涅利公司设计生产的进口设备，一台轧制力为80000 kN的轧机，年产120万t钢板。轧机万向轴为十字轴式，主电机端回转直径为1000 mm，轧辊端回转直径为 860 mm。轧机万向轴总长度为 11640（＋205/-210）mm，轧机主电机功率为8000 kW，主电机转速为0/85/220 r/min，最大倾角5°。万向轴分上下水平布置，分别与上下辊配套使用，上下尺寸均相同。万向轴辊端轴套、辊端十字包、短轴、中间轴、电机端十字包、电机端连接法兰6部分组成。其中十字包又包括十字轴、叉头等关键部件，这些部件通常选用优质合金结构钢锻件，经多种热处理工序和机加工工序制成。它所具备高强度、高硬度和耐磨的特性，是保证主传动万向轴扭矩传递和工作寿命的关键。万向轴采用单元模块化结构，将十字包、轴套等设计成独立单元，各单元间使用端面齿和12.9级强度螺栓连接，各单元可以单独更换，拆装方便。

2 关键零件选型计算

根据主电机功率转速、扭矩和电机与轧辊端距离，万向轴水平布置能满足轧制扭矩要求。

2.1 十字轴材料、强度分析计算

2.1.1 材料参数

十字轴材质：20Cr2Ni4A；

表面光洁度：1.6 μm；

单根轴传递最大理论转矩公式：T=9.55Pw/n

式中，Pw——驱动功率，Pw=8000 kW；

n——最小工作转速，n=80 r/min；

计算得出：T=955 kN·m。

2.1.2 十字轴强度计算

主要研究回转直径860 mm十字包组件的十字轴。

十字轴主要失效形式为轴颈在轴肩处弯曲强度不足，此处应力最大（见图1十字轴有限元分析）。十字轴最大应力发生在截面A-A处（见图2十字轴受力分析），已知万向轴传递最大转矩T，可求出作用在十字轴轴颈中部的力P。……