1 引言
轧机接轴是轧机传动系统的关键部件。现代轧机主传动中常用万向接轴有滑块式和十字轴式万向接轴。十字轴式万向接轴因其传动效率高、传递扭矩大、传动平稳等优点得到广泛使用。十字轴式万向接轴根据十字轴轴承座形式的不同，又分为整体叉头式和分体轴承座式。我厂中型H型钢生产线万能轧机就选用了十字轴分体轴承座式万向接轴。该生产线是20世纪90年代投产的一条短应力紧凑型万能轧机生产线，全部采用进口设备，并采用了两级计算机控制，自动化程度高，具有当代国际先进水平。在几年的运行使用中，该接轴经常出现部件损坏，成为设备稳定运行的薄弱环节。我们通过认真总结分析，逐步摸索并实施了一些提高接轴强度、延长使用寿命的措施，有效地缓解了接轴对生产的制约，保证了生产的连续运行。
2 接轴结构和故障现象
2.1接轴结构
我厂采用的十字轴式万向接轴结构和十字包组件如图1和图2所示。
2.2故障现象
我厂装机运行的16根万向接轴在运行过程中频繁出现故障，仅2003年一年中出现故障18次，影响生产2382min。其故障主要表现为：
（1）接轴十字包螺栓频繁断裂。接轴螺栓在螺栓根部和螺纹收尾末端发生断裂，造成接轴传动失效。
（2）接轴十字轴断裂。十字轴根部断裂和轴头异常磨损，造成接轴传动失效。
（3）轧机上下线困难。接轴套筒异常磨损，轧辊扁头和接轴套筒轧机。
3 原因分析和相应对策
十字轴和螺栓断裂故障产生的直接原因是十字轴和接轴螺栓强度不足；其次是十字轴与轴承座、轴承座与接轴本体以及套筒和轧辊之间存在间隙，在运转中产生的冲击负载，这种冲击负载加剧了螺栓和十字轴的断裂。造成轧机上下线困难的原因，一是套筒加工公差偏小；二是套筒和轧辊接触面内进入铁屑等产生挤压滑伤。
3.1针对以上原因我们采取以下对策
（1）优化螺栓材质。认真做好热处理工艺检验，保证螺栓调质后回火索氏体的比例。接轴螺栓的材质应具有良好的淬透性，以保证螺纹截面的芯部在淬火后回火前得到90％左右的马氏体组织。故采用合金结构钢35CrMo，该材质强度、韧性和淬透性均高，完全满足上述要求，调质处理后的螺栓金相组织可不存在块状铁素体，全部为索氏体组织。
（2）提高螺栓头部坚固性。接轴螺栓断裂多数是头部断裂，说明头部坚固性不足。加大头部过渡圆角尺寸，提高螺栓头部的坚固性，以U1螺栓M58×3为例，我们将头部圆角由R3改为R3.5，有效降低应力集中系数。
（3）优化螺纹加工工艺避免负荷集中。
1）控制螺纹公差，均匀螺栓负荷，减少负荷集中。因为螺栓预紧后，螺纹部分的负荷呈倒锥状分布，螺纹尾部负荷是其头部负荷的1.3～1.5倍，造成螺栓头部和尾部负荷不均匀，从而影响螺栓寿命。对此我们实施了修改螺纹加工公差的方法：一是加大螺纹头部尺寸；减小螺纹尾部尺寸。使预紧后螺纹负荷部分呈矩形，达到避免螺纹尾部负荷集中目的。修改前后负荷变化情况如图3所示。
2）延长螺栓收尾长度，减少应力集中。我们根据不同的螺栓规格，将接轴螺栓螺纹收尾尺寸增大为2.5P（P为螺距），有效减少因应力集中造成的螺纹尾部断裂。实施以后，未出现接轴螺栓螺纹尾部断裂情况。
（4）控制十字包端面两个间隙。接轴十字包与十字轴之间的间隙大小直接影响接轴螺栓孔距，而孔距的误差将会对接轴螺栓施加额外的弯曲荷载，直接影响接轴螺栓寿命，我们采用在十字轴和十字包之间加调整垫片的方法，对孔距进行逐个调整，将十字包上接轴螺栓孔距控制在0.20～0.45mm之间（U5～U1轧机），消除附加荷载。
（5）严格控制轴承座和接轴本体连接键的配合间隙。接轴本体与十字包联接键槽的间隙存在（图4），增加了运转过程中十字包翻转对接轴螺栓的弯曲荷载。一是选用较紧的H7/m6过渡配合公差；二是维修拆装过程中，涂抹锁固剂，弥补磨损间隙。可以减少这种翻转产生的弯曲荷载。
（6）控制接轴套筒最大磨损值，减少接轴运转中十字轴和螺栓的冲击负荷。接轴套筒端向简图如图5所示。
接轴套筒和轧辊扁头间的间隙设计值为：0.35～0.60mm。接轴在运行一段时间（三个月左右）后，接轴套筒的两个圆弧面就出现不同程度的磨损，最大值达5mm。套筒和轧辊之间的这个间隙使接轴每运转一周产生两次摆动位移，对十字轴和螺栓造成两次冲击负荷，加剧了十字轴和螺栓的损坏。接轴套筒和轧辊扁头间的间隙设计值为：0.35～0.60mm。接轴在运行一段时间（三个月左右）后，接轴套筒的两个圆弧面就出现不同程度的磨损，最大值达5mm。套筒和轧辊之间的这个间隙使接轴每运转一周产生两次摆动位移，对十字轴和螺栓造成两次冲击负荷，加剧了十字轴和螺栓的损坏。我们主要采取：一是对套筒内表面进行热处理以提高表面硬度、提高耐磨性，减少磨损，延长使用时间；二是严格控制磨损值，定期进行测量，超标套筒下线修复，保证磨损量不超过2.5mm，尽量降低冲击负荷。
（7）严格控制接轴套筒制造公差，建立轧辊扁头离线测量和上线清理制度，避免轧机上下线困难。套筒与扁头间隙过大产生冲击，而过小则造成轧辊插入困难，影响轧机上线。对此，我们主要是套筒内孔制造公差优化为：370+0.45/+0.6mm和265+0.35/+0.5mm。同时在轧辊首次车削时对扁头进行尺寸和对称度测量，严格保证其在设计公差内。坚持轧辊每次上线前进行彻底清洗和涂抹甘油，减少杂物进入，改善润滑条件。
4 结论
通过以上技术改进和控制措施，接轴强度显著提升，运行稳定性与可靠性得到了保证，使用寿命明显延长，减轻了对产能提升的制约，保障了生产的连续稳定运行。同时也大大减少了维护和检修工作量，降低了职工劳动强度。
