冷剪机滑动轴承工作状态下变形的计算方法

武文平,韩雅楠,潘国辉

(大连华锐重工集团股份有限公司，辽宁 大连 116000)

0 前言

冷剪机位于冷床出口，是对轧件进行切头和成品定尺剪切的设备，是一种机、电、液一体品的成套设备，适合剪切中、小型棒材、扁钢等轧制产品[1-2]。曲轴、滑动轴承是冷剪机的核心部件。滑动轴承安装在门形框架结构机架上的轴承孔内，曲轴支撑在滑动轴承上，剪切装置通过连杆悬挂在曲轴偏心轴段处。当执行剪切命令时，传动系统的气动离合器投入工作，将飞轮储存的能量通过齿轮减速器带动曲轴在滑动轴承内做旋转运动，再通过连杆带动上刀架沿固定导向槽作上、下往复运动，完成对轧件的剪切动作。结构设计过程中，通过控制滑动轴承的内、外径尺寸公差，实现调整曲轴与机架轴承座间隙的目的。间隙量过大，冷剪剪切时的冲击越大，也会影响剪材断面的质量；间隙量过小，会因为曲轴局部温升过高导致滑动轴承与曲轴抱死，导致机构失效甚至损坏[3]。本文通过有限元方法[4]，分析了剪切过程中滑动轴承变形，以及曲轴与机架滑动轴承之间的间隙量问题，为机构设计提供参考。

1 初选分析位置

如图1所示为冷剪机剪体机构，冷剪机剪体机架分为操作侧和传动侧，两侧各有一个轴承座，曲轴支撑在机架轴承座内的滑动轴承上，如图2所示。

图1 冷剪机剪体机构

图2 剪体轴承座角度划分

滑动轴承与机架轴承座之间为过盈配合，与曲轴之间为间隙配合。将机构变形分为三个方向，X为曲轴轴向方向(以下称为X向)，Y为竖直方向(以下称为Y向)，Z为进钢方向(以下称为Z向)，通过对三个方向变形分析，确定冷剪机机构中曲轴与滑动轴承之间的间隙量问题。

如图3所示为操作侧滑动轴承变形量，对滑动轴承内表面变形分析得到操作侧X向、Y向、Z向最大变形分别为0.178 3 mm、0.902 57 mm、0.791 98 mm,见表1。

图3 操作侧滑动轴承变形量

表1 操作侧滑动轴承变形量/mm

如图4所示为传动侧滑动轴承变形量,传动侧X向、Y向、Z向最大变形分别为0.130 14 mm、0.681 6 mm、0.384 84 mm, 见表2。

图4 传动侧滑动轴承变形量

表2 传动侧滑动轴承变形量/mm

分析发现冷剪机剪体操作侧Y向、Z向的变形量较大，传动侧得到同样的变形趋势，且冷剪机操作过程中受力主要为竖直向上和水平进钢两个方向，故选取Y向及Z向的变形量作为研究对象进行分析。

2 冷剪机有限元分析

根据初步分析结果，选取Y向0°和180°数据作为分析依据，Z向90°和270°数据作为分析依据。

通过有限元软件进行分析，分别将曲轴与滑动轴承接合处Y向0°和180°的一条直线上的变形中，提取线上的22个等分点来拟合整条直线上的变形，如图5所示。

图5 Y向有限元计算数据提取方式

计算两个数据间的差额以得出曲轴和滑动轴承变形后形成的间隙量对比如图6、图7所示。

图6 Y向操作侧曲轴与滑动轴承间隙量

图7 Y向传动侧曲轴与滑动轴承间隙量

通过有限元软件进行分析，分别将曲轴与滑动轴承接合处Z向90°和270°的一条直线上的变形中，提取线上的22个点来拟合整条直线上的变形，如图8所示。

图8 Z向有限元计算数据提取方式

计算两个数据间的差额以得出曲轴和滑动轴承变形后的间隙量对比如图9、图10所示。

图9 Z向操作侧曲轴与滑动轴承间隙量

图10 Z向传动侧曲轴与滑动轴承间隙量

经计算得知，曲轴与滑动轴承之间Y向操作侧、传动侧最大间隙量分别为0.275 73 mm、0.353 66 mm；Z向操作侧、传动侧最大间隙量分别为0.030 23 mm、0.023 91 mm，见表3、表4。

表3 曲轴与滑动轴承间Y向最大间隙量 mm

表4 曲轴与滑动轴承间Z向最大间隙量 mm

3 结束语

冷剪机在针对轧件的剪切过程中，各零部件都存在着一定的局部弹性变形。为保证冷剪机机构的运行正常，零部件间必须设计一定的间隙量来包容构件的这种局部弹性变形量，曲轴和滑动轴承之间即为此种情况。同时，构件间设计的间隙量过大会导致冷剪机整体精度下降，甚至无法满足正常的剪切功能。通过这种有限元分析方法可以有效的模拟滑动轴承在剪切过程中的局部弹性变形过程，计算局部变形量，为曲轴和滑动轴承的结构优化设计提供必要的理论支撑。