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    聯軸器的結構及主要參數

    發布日期:2017-09-13 發布者:鑫程聯軸器

     聯軸器的結構及主要參數
      2.2 主要參數
      最大扭矩為,最大容許安裝誤差:偏心、偏角、軸向位移,最高回轉速度。,,,。材質為鋁合金7050
      3.有限元模型
      3.1 模型基本概述
      有限元方法 FEM) 是一種用于分析工程設計的數字方法。FEM 由于其通用性和适合使用計算機來實現,因此已被公認為标準的分析方法。FEM 将模型劃分為許多稱作單元的簡單小塊形狀,從而有效地用許多需要同時解決的小問題來替代一個複雜問題。
      生成的網格的大小(節和單元的數量)取決于模型的幾何結構和尺寸、單元大小、網格公差、網格控制及接觸規格。在設計分析的初期,近似結果足以滿足需要,因此可以指定較大的單元大小來提高解算速度。要想進行更精确的解算,可能必須使用較小的單元大小,但是分析需要更長的時間。
      現在流行的建模軟件有Pro/ESolidWorksUG等,而有限元分析則有ANSYSHypermesh、以及SolidWorks軟件自帶的功能模塊SolidWorks Simulation等。本文選用SolidWorks Simulation工具作為分析工具,因為建模、以及分析都在SolidWorks同一軟件平台上,避免了多個應用軟件導入時引起的模型要素丢失的麻煩,而且對于分析人員來講,同一平台避免花費大量的時間用到學習不同軟件的操作環節。
      3.2 幾何模型
      在SolidWorks軟件環境下,通過拉伸凸台、切除、掃描切除等指令對聯軸器進行建模,其結構如圖1所示。
      3.3 網格劃分
      使用實體單元對零件或裝配體進行網格化時,該軟件會生成以下其中一種類型的單元,具體取決于為算例激活的網格選項:草稿品質網格和高品質網格。
      草稿品質網格。自動網格器會生成線性四面實體單元。
      高品質網格。自動網格器會生成抛物線四面實體單元。
      線性四面單元由四個通過六條直邊線連接的邊角節來定義。抛物線四面單元由四個邊角節、六個中側節和六條邊線來定義。如圖2所示,為線性和抛物線四面實體單元的示意圖。
      一般而言,網格密度(單元數)相同時,抛物線單元産生的結果的精度高于線性單元,原因是:1) 它們能更精确地表現曲線邊界;2) 它們可以生成更精确的數學近似結果。不過,與線性單元相比,抛物線單元需要占用更多的計算資源。
      對于結構算例,實體單元中的每個節都有三種自由度,分别代表三個正交方向上的平移。該軟件在以公式方式闡述問題時,使用的是整體笛卡爾坐标系的 XY Z 方向。
      本文為了分析的方便,将螺紋孔和一部分槽的特征取消,簡化了聯軸器的結構。其網格化之後的效果以及參數,如圖3所示。
      3.4 加載及求解
      由于聯軸器安裝的精度影響(偏心、偏角、軸向位移),使得聯軸器的傳遞扭矩之前就預先存在一定的應力,從而聯軸器在工作時受力情況較複雜。
      在具體分析時,采取的方法是先分别分析由安裝誤差引起的附加應力,然後再疊加工作扭矩。
      此聯軸器是通過兩端面上的柱孔來連接兩軸,并利用摩擦力來傳遞扭矩的,利用Simulation進行受力分析時,約束和載荷的添加應以兩端面上的柱孔作為參照來設定。
      由于安裝存在偏心誤差引起的附加應力,在分析時将一端面上的孔固定,另一端面沿徑向方向施加一定的位移量(0.25mm),通過分析得到最大的附加應力約為;同理,分别求出偏角誤差引起的最大附加應力為,軸向位移誤差引起的最大附加應力為。另外,單獨分析扭矩作用時,其最大應力為,如圖4所示,注意上述分析是在極限情況下所做的分析。
      在分别單獨計算上述三種安裝誤差引起附加應力的基礎上,依次添加扭矩的作用,發現同時存在軸向位移和扭矩作用,聯軸器會失效,其應力超過了材料的強度,達。而同時存在偏心和扭矩的情況下,聯軸器應力為;以及同時存在偏角和扭矩的作用的情況下,聯軸器的應力為,此兩種情況皆在材料的強度範圍内。
      4.結論
      通過分析發現,最大應力都出現在螺旋部分内孔處,這與該聯軸器實際失效形式相符合,本校試驗設備中的該型聯軸器都是在螺旋槽處斷裂。在使用過程中應按照聯軸器扭矩值的範圍内工作,相關安裝精度也需保證。另外若聯軸器需正反轉使用時,扭矩必須小于最大扭矩的一半