紧张热定型机辊、轴联接分析

逯发虎 张俊

摘要：本文以120吨/天涤纶短纤后处理设备ZHV705F型紧张热定型机受力最大辊筒为研究对象。采用理论计算的方法，分析四种状况下的螺钉受力，根据计算结果与许用值进行比较，验证了该产品采用摩擦型螺钉联接的设计能够满足各载荷状况的要求。

关键词：紧张热定型机; 辊筒; 四种状况; 螺钉受力;摩擦型螺钉联接

引言

目前，在纺织产品中牵伸机、紧张热定型机，辊、轴联接处螺钉断裂的情况时有发生。有的甚至造成辊筒脱落。一旦出现这种情况，不仅需要较高的维修费用，还会造成长时间的停产，严重影响了企业的生产效率[1]。

本文采用理论计算的方法，以受力最大的辊筒为研究对象。计算其辊、轴联接螺钉在不同状况下的受力。分析计算结果，保证该产品在安全可靠的条件下运行。

1、结构组成

紧张热定型机为涤纶短纤维后处理联合机单元机之一，用以对丝束作定型处理，稳定分子内部结构，增加强力。紧张热定型机由3个单元机和移门、罩壳组成。每个单元机由箱体、齿轮传动、定型辊、润滑装置等组成。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ单元机各装6个辊筒[2-3]。18只定型辊（NO1-NO18）上下排列，如图（1）所示。各定型辊主要由定型辊结合件与大轴组成，中间采用螺钉M30X2X110-12.9联接。

2、辊筒丝束张力计算

故以第一辊筒为分析对象，分析四种状况。

状况A：正常工作时，丝束单丝张力2.868cn/dtex，丝束合力PA=257740N;

状况B：丝束全部绕辊，绕至50mm厚时，丝束张力3.778cn/dtex，求得丝束合力PB=337894.2N;

状况C：丝束1/3绕辊，其中1/2断裂，绕辊时丝束张力3.778cn/dtex，断裂时丝束张力5.737cn/dtex，求得丝束合力PC=313296.2N;

状况D：丝束全部绕辊至丝束全部断裂，丝束张力5.737cn/dtex，求得丝束合力PD=510364.4N。

3、螺钉负载计算

辊筒和大轴的联接螺钉沿Φ880均匀分布，如图（2）所示。由于丝束张力，20只螺钉都受力，但每只受力不一样，受力最大的是最上面a位置处，由于辊筒每旋转一周，螺钉受最大拉力一次，属交变拉力。20只螺钉通过距离转换为a位置处的當量螺钉数为10.298只，计算如下式。

由式（3-1）求得螺钉在位置a处，四种状况下的最大拉力分别为23886.5N，31292.4N，29014.86N，47266.38N。

在正常情况下，螺钉预紧并受轴向拉力，当20只螺钉都正常受力时：

由式（3-2）求得螺钉在位置a处，四种状况下分别为162.6MPa，213MPa，197.5MPa，321.8MPa。

当装配当装配不当或螺钉松动等其他原因，有可能造成螺钉受复合载荷。

由式（3-3）求得分别为176.9MPa，231.9MPa，215MPa，350.3MPa

4、结果分析

本产品辊、轴联接采用螺钉M30X2X110-12.9联结，许用应力：

式中：安全系数s=1.35取值范围1.2-1.5;求得：

由此可知，无论是在正常情况下，还是在承受复合载荷时，如果20只螺钉都受力，均小于许用应力800MPa，皆满足四种载荷状况。但考虑到温度因素，高强螺钉联接的极限承载力基本随温度的升高而降低，当温度低于200℃时，极限承载力与常温下接近。本次分析的定型辊是通过通入2.0MPa蒸汽加热，蒸汽温度为211.4℃，但螺钉处温度低于200℃，故影响不大。

但由于装配不当或疲劳载荷等因素，辊、轴联接处的螺钉将产生撬力效应，撬力作用使联接螺钉的拉力明显增加，同时在交变的载荷作用，螺钉逐渐松动。当螺钉所承受的总拉力大于0.8倍螺钉初始预紧力时，被联接件界面间的摩擦力基本丧失，螺钉连接逐步由摩擦型传力退化为承压型传力[4-6]。如果当一只螺钉承受剪切力时：

由式（3-2）求得分别为193.87MPa，255.3MPa，236.4MPa，387.7MPa

5、 结论

在温度因素可忽略的条件下，螺钉质量符合标准，装配符合规范，负载由20只螺钉分担，在上述四种状况下，螺钉能够满足使用要求。由于装配不当或疲劳载幅的提高，造成螺钉的松动，当一只螺钉承受剪切力时，螺钉在B、C、D三中状况下出现螺钉断裂。

6、安装措施

在进行辊、轴联接的安装时，每个螺钉螺纹部分应涂LW-1000高温丝扣防粘剂，拧紧力矩1750N·M。辊筒与轴的安装面、联接螺钉必须精心清洗干净，任何污染都会引起径向偏差。始终保持被联接件接触面摩擦力不被克服和不发生相对滑移，保持整体性，各个螺钉受力均匀可靠，耐疲劳。另外，螺钉质量验收要严格。螺钉在按规范装配后，运转500小时后再按照规定力矩复拧紧，然后每运转4000小时后再拧紧一次，或者采取防松措施。始终保证该产品在安全可靠的条件下运行。

参考文献

[1]王江萍，张文.150/t紧张热定型机预防性维护策略探讨[J].科技创新导报，  2008.21（35）：32-34

[2]张思博.紧张热定型机的常见故障分析[J].聚酯工业，  2016.16（1）：17-19.

[3]孙健.涤纶短丝紧张热定型机辊轴装配技术及维护保养[J].合成纤维工业，  2016.12（3）：56-58.

[4]林文玉. 高强度螺栓连接高温力学性能有限元分析[M].武汉：武汉理工大学，2006.

[5]陈华. 高强度螺栓连接在高温环境下受力性能的试验研究[M].武汉：武汉理工大学，2003.

[6]穆健. 高强度螺栓连接节点疲劳破坏试验研究[M].重庆：重庆交通大学，2010.

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