热轧卷取机卷筒芯轴的设计与分析

（湖南科美达电气股份有限公司，湖南岳阳 414000）

0.引言

以1700连杆柱塞式热轧卷取机卷筒为对象，该结构形式是国内外最最常用的结构，其工作原理由芯轴在胀缩油缸的拉动下，芯轴上的四棱锥面通过柱塞顶开扇形板，使卷筒胀开，从而开始卷取工作[1]，反之，芯轴在胀缩油缸的推动下，使卷筒缩小，芯轴头部与油缸活塞杆通过哈弗接手连接，在实际使用过程中往往芯轴头部出现断裂或出现裂纹，芯轴的断裂会使整个卷筒无法正常工作而停机，所以芯轴是十分重要的，设计中需充分注意，保证其强度和刚度。

造成芯轴出现上述问题的原因主要有以下几点：

（1）芯轴头部圆弧特征处没有光滑过渡或是光洁度没有达到要求，导致应力集中而出现裂纹或断裂。（2）卷筒胀缩油缸的工作压力在13MPa左右，一般不允许长时间高于18MPa，如果因卷高强度钢等特殊原因须将工作压力调高至18MPa甚至20MPa，则有拉断活塞杆头或卷筒芯轴头部的风险。（3）由于芯轴材料属于锻造合金钢，在锻造后可能存在一定的内部锻造缺陷没有发现而导致芯轴性能下降出现问题。（4）芯轴结构特征的区别，见图1、图2。

图1 结构1

图2 结构2

下面将针对芯轴进行静应力强度分析和疲劳强度分析。

1.静应力强度计算

在静应力时工作的零件，其强度失效将是塑性变形或断裂，并通过下面两种方法来判断零件的强度[2]。

方法一：通过判断危险截面的最大应力是否小于或等于许用应力[2]。方法二：通过判断危险截面的实际安全系数是否大于或等于许用安全系数[2]。……