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刘文明 硕士生——不对中对联轴器工作状态的影响的研究 
来源:减速机信息网    时间:2008年8月8日9:9  责任编辑:wangtao   

6.1  本文总结

机械传动系统中采用的联轴器,大都具有补偿两轴相对位移的能力。但是联轴器工作性能的好坏仍然与两轴相对位移的大小密切相关。联轴器的性能随着两轴相对位移的增大而恶化。联轴器采用的橡胶材料具有非线性和大变形特性,在承受交变载荷以及不对中产生的附加载荷下容易产生疲劳破坏。因此对联轴不对中工作状态的研究非常必要,而且对实际生产具有重要的指导意义。

本文在第一章中,主要论述了课题的来源和国内外不对中情况的研究现状。准确把握了各种方法的优点和不足,从而提出了本文的研究路线:首先对联轴器工作的运动和动力特性以及受力的理论分析,然后在ANSYS中模拟真实的工作状态,验证理论分析的正确性。

在第二章中,对联轴器进行了概述,重点介绍了联轴器的特点,同时分别介绍了弹性联轴器以及高弹性联轴器。最后分析了联轴器的分类以及选用标准

第三章重点论述了弹性联轴器的运动特性。从刚度和阻尼的计算结果中进一步计算联轴器在周期性载荷以及冲击载荷下的动力特性。最后分析了不对中时动态特征以及响应,从各种不对中的运动学和动力学分析可以得出如下结论:

(1)激励力幅与不对重量成正比,随不对中量的增加,激励力幅呈线性加大

(2)在不对中情况下,中间圆环的轴芯线相对于联轴器的轴心线产生相对运动,其中,平行不对中的回转轮廓为一圆柱体,偏角不对中时为一双锥体,平行偏角不对中时为半双锥体。回转体的范围由不对中量决定。

(3)联轴器处于工作状态时,无论是哪一种不对中形式,系统的响应在转速达到临界转速的一半时发生共振,振幅具有最大值。同时,相位角为

(4)系统在转速大于临界转速后,随转速的增加,其响应振幅趋于稳定,并不随激励力的迅速增加而增大。

第四章主要从力学的角度对联轴器进行各种不对中的分析。从联轴器各种不对中的分析结果可以得出以下结论。

1.在轴向不对中时,由于轴向的偏移,橡胶圆环左端面受到附加的向左拉应力,右端面则受到附加的向右的拉应力,并且在旋转过程中,拉应力σax的大小和方向都不会随着圆环的旋转角度改变而改变。这样计算出联轴器受到的最大应力的大小始终不变,最大应力方向随着旋转角度变化。

2.径向不对中的情况可知,可以知道联轴器的单元体既有三向工作应力状态,又存在纯剪切的工作状态,其最大工作应力大小和方向都随着橡胶圆环的改变而改变。,在旋转一周的过程中,综合考虑四个不同位置时最大主应力的大小,由于(τrotrad)>>(τrotrad),所以可以知道最大的最大应力为应该是联轴器360°位置时的最大主应力,即σmax=+(τrotrad)最大主应力平面方向与y轴成45°夹角。即360°位置为径向不对中时的危险点。

3.通过角向不对中的分析可以知道,具有角向不对中的联轴器受力情况仍然属于两向应力状态,即只有拉扭结合与纯剪切的情况发虫,没有三向应力状态,比较四个位置的最大主应力

>τrot>,可以知道,在联轴器旋转一周的过程中,最大主应力在90°位置,。即90°位置为角向不对中时的危险点。

4.由于实际工作中联轴器两轴之间不仅存在一定的径向和轴向位移,而且存在一定的偏角。使得橡胶圆环附加的径向拉应力,附加的剪应力τrad,附加的角向应力τrad,以及由橡胶圆环旋转扭矩产生的剪应力τrot。所以综合不对中的应力情况应该是、τrad、τrad与τrot的叠加。

通过四个位置的比较可以知道在综合不对中时,最大危险点在90°位置。即有

由此式可以知道各个附加载荷的分量都对最大应力产生影响。

在第五章中,主要利用ANSYS有限元分析软件对各种不对中情况进行了工作状态的模拟。首先在ANSYS建立了联轴器的模型,然后考虑到联轴器的轴对称性和载荷的对称性,对模型进行了简化。在简化的模型中进行了各种情况下的非线性经理分析。从而进一步验证了理论分析的正确性。

6.2  展望

本论文的研究工作表明,不对中对联轴器的失效影响很大,尤其是角向不对甲和径向不对中,严重加速了橡胶的疲劳,从而使联轴器过早产生疲劳裂纹,最后使得联轴器断裂破坏。

但是在研究过程中,仍然存在一些不足之处,需要在后续工作中加以解决和重视。

第一,在静力的模拟分析中,由于在ANSYS 中不能直接施加扭矩,只能换算成作用在节点上的集中力后进行加载,所以点的数量选取可能对计算的结果有影响。

第二,在非线性的模拟分析中,由于多子步加载需要考虑精度和代价之间的平衡。提高子步数通常可以获得较高的精度,但计算时间较长。有时甚至会造成计算的结果不收敛,需要重新进行子步的划分,所以选择合适子部与加载方式对结果的准确性有很大的影响。

第三,由于实验条件有限,对联轴器的疲劳分析只能进行理论的研究和实验的模拟。下一步的工作应该朝着利用相似法进行疲劳试验的方向。

因此,在今后的工作中,应该注意并努力解决以上提到的一些不足,进一步提高ANSYS 分析的数据的精确性和可靠度。同时应该在条件允许的情况下,将联轴器的实际工作状态用实验的方法测得具体的数据。为提高联轴器的工作寿命而努力。

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