重载十字轴式万向联轴器是轧钢机主传动系统中的核心部件,由两个十字轴式万向节串联而成,其功能是将电动机输出的扭矩传递到轧辊上。大型轧钢设备的重载十字轴式万向联轴器服役条件极端恶劣,作业过程中受到冲击载荷以及温度场、压力场等多场耦合作用,装备在工作时承受很大的突变载荷,而且在较高的轧制速度下,仍要保证非常高的传动精度,以确保轧制的板带钢的厚度精度。同时,重载十字轴式万向联轴器也是薄弱部件,一旦发生失效,整条轧钢生产线就会停顿,给企业造成重大损失。联轴器的设计和制造的质量,对整个轧钢机主传动系统、甚至整条轧钢生产线能否正常运行,起着十分重要的作用。本文运用CAD软件对重载十字轴式万向联轴器进行几何建模,对十字轴式联轴器进行了结构分析、受力分析以及运动分析。在运动仿真软件中对其工作状况进行了运动仿真,获得了在实际工况下重载十字轴式万向联轴器的运动学性能参数,为重载十字轴式万向联轴器的设计奠定基础。利用有限元分析基本原理,利用ANSYS Workbench对重载十字轴式万向联轴器整体进行了静力学分析,对中间接轴进行了拓扑优化。整体静力学分析模拟了重载十字轴式万向联轴器在实际运行中的应力状况,找出了导致其失效的薄弱环节为十字轴,得出十字轴的应力幅值,并对十字轴进行了结构优化分析与优化结果验证。同时对优化前后的十字轴进行了疲劳分析,得出疲劳云图和损伤云图,优化后的十字轴疲劳寿命有明显提高,损伤明显降低。中间接轴拓扑优化在满足中间接轴强度、刚度条件下,显著的降低了接轴质量,提升了重载十字轴式万向联轴器的设计质量。