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滑塊式萬向接軸允許傾角可達8°，傳遞轉矩為30-3000 kN.m，因此廣泛應用于大轉矩及較大傾角的軋鋼機主傳動中。根據扁頭或叉頭形狀，可分為閉式、開式和帶筋板式3種形式。當前，國內外大型軋鋼機因接軸破斷導致企業長時間停產事件屢見不鮮，所以對接軸的應力分析、強度校驗等有普遍的現實和經濟意義。萬向接軸的應力分析與強度有限元分析常用的方法，有理論分析法、光彈試驗模擬法和有限元法3種。理論分析法作了許多假設及簡化，計算結果與試際相差較大，光彈試驗模擬法程序復雜且試驗成本較高。隨著計算機技術的迅速發展，帶動了數值分析技術特別是有限元分析技術的發展，其計算精度高，可以模擬多種工況，現在應用非常廣泛。
滑塊式萬向接軸由扁頭、月牙形滑塊、小方軸、叉頭、青銅滑板等部件組成(如圖所示)。叉頭通過月牙形滑塊傳遞轉矩給扁頭，然后由扁頭傳遞給其他工作部件。扁頭由35CrMn制造，彈性模量E=2.1Xe10MPa，泊松比0.28，屈服強度4.4Xe10Pa。對扁頭進行建模，實體模型如圖所示。由于扁頭的結構及所受載荷均對稱，因此采用其結構的一半進行分析。網格劃分時，選擇基于曲率的網格，最小單位大小設為9 mm，設定雅各賓式檢查為4，共得到75531個節點，46392個單元，網格劃分及約束加載如圖所示。據H.M.曼葉洛維奇試驗得出，開口式扁頭受載面上單位壓力分布如圖所示，單位壓力沿方向呈三角形分布，沿方向為曲面分布。單位壓力計算公式M為傳遞的扭矩，單位kN·m，數值1392；a為接觸表面沿y方向長度，單位mm，數值385；b為接觸表面沿方向長度，單位mm，數值413。
為了便于分析和計算，將曲面分布力進行簡化，并以集中力進行分析計算。作用點為形心G點，即離邊緣b/3和距離接觸面中心線處，如圖所示。當萬向接軸傳遞的扭矩為M時，合力計算。本文僅做靜態時扁頭的應力分析，將上式求得的壓力值施加在扁頭接觸表面上，采用限制位移的約束方法對扁頭進行約束。對于受載面，在加載前一定要進行單元耦合剛化處理。有限元求解部分結果如圖所示。扁頭工作時關于軸線呈反旋轉對稱狀態運轉，受力情況也是呈如此對稱分布。從有限元分析結果來看，扁頭在額定扭矩作用下，應力從扁頭端部至根部逐漸增加，到根部處達最大。最大應力的位置是其根部圓角處，說明該處存在應力集中。由圖可見，產生的最大應力遠小于扁頭材料的屈服應力440 MPa，最小安全系數達到4.3，如圖所示，這表明扁頭的原始設計是比較合理的。扁頭受載后產生彈性變形，由于非均勻分布力的作用產生彎曲、扭轉的綜合變形，其變形后扁頭輪廓的位移變化見如圖所示。由于傳動系統在運動過程中存在扭矩振動，會產生扭振放大系數，使傳動載荷加重，從圖可見扁頭還允許較大過載。
根據經典公式計算扁頭所受最大等效應力得到如表所示的結果。對比有限元分析結果，發現采用計算的誤差較大，最大達到了5600(根據第四強度理論計算)，最小也有4600(根據文獻提供的新公式)，這與文獻所述基本吻合。對于開口式扁頭，文獻給出的新計算公式充分考慮了應力集中，更為精確地反映了真實應力水平。
本文所建模型與分析，與同類型的扁頭分析結果基本是吻合的，整體變形與應力分布規律也是基本一致的。由分析結果得出的危險區域與實際生產中扁頭斷裂的位置也是相同的，可見本文所建模型與分析是合理的。雖然理論計算與實際存在較大誤差，但可將理論計算結果放大40%到60%來粗略估算扁頭所受最大應力。此外采用有限元法分析時，一旦建立合理的有限元模型，可利用數值計算方法，模擬出不同載荷所產生的應力分布，可全方位地反映出扁頭的受力狀態，所得出的結果準確度較高，有一定的參考意義，可為進一步的整體結構優化打下基礎，還可有效地減少試驗成本。
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