聯(lián)軸器的靜態(tài)分析

關(guān)鋒

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治046011）

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聯(lián)軸器的靜態(tài)分析

關(guān)鋒

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治046011）

摘要：以聯(lián)軸器為研究對象，通過有限元分析軟件建立聯(lián)軸器的有限元模型，對其進(jìn)行靜態(tài)分析，得到聯(lián)軸器的應(yīng)變的分布圖，為聯(lián)軸器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：聯(lián)軸器；應(yīng)變分布圖；有限元

聯(lián)軸器屬于機(jī)械通用零部件，用來連接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸，使之共同旋轉(zhuǎn)用來傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載傳動(dòng)中，還有緩沖、減振以及提高軸系動(dòng)態(tài)性能等作用。作為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，由于制造和安裝存在誤差，導(dǎo)致聯(lián)軸器成為傳動(dòng)系統(tǒng)中的易損零件之一。因此有必要對其進(jìn)行分析，找出其故障的機(jī)理，從而為聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供一定的理論支撐。一般采用數(shù)值公式的方法對聯(lián)軸器進(jìn)行研究，但是由于這種方法對于復(fù)雜問題的求解相當(dāng)困難，而且精度也比較低。所以本文借助有限元分析軟件ANSYS對聯(lián)軸器進(jìn)行了計(jì)算和分析，得到了聯(lián)軸器的應(yīng)變分布圖，具有一定的應(yīng)用價(jià)值［1］。

1　有限元分析

1.1建立模型

由于聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)的對稱性，所以在ANSYS軟件中只建立半聯(lián)軸器的三維模型，大圓直徑為280 mm，軸孔的直徑為80 mm.從幾何結(jié)構(gòu)、類型和問題精度要求等方面綜合考慮，本文選擇實(shí)體Tet 10Node 92結(jié)構(gòu)單元。用到的力學(xué)性能參數(shù)如下:彈性模量為2.06E11Pa，泊松比0.3，假定材料是線彈性的。

在ANSYS中創(chuàng)建模型的過程中，可以使用三種不同的建模方法，第一就是在ANSYS環(huán)境下建立實(shí)體模型，第二種方法就是用直接生成的方法建立實(shí)體模型，第三種方法是靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建立模型，然后將其導(dǎo)入到ANSYS軟件中進(jìn)行有限元分析［3］。對于形體結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的模型來分析，前兩種方法均可適用，沒有本質(zhì)的區(qū)別。但是，對于形體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的模型來說，最好選擇第第三種建立模型的方法。本文是選擇第一種方法建立模型并進(jìn)行有限元分析的。模型如圖1所示。

圖1　三維模型

1.2網(wǎng)格劃分

ANSYS軟件包括自由和映射兩種網(wǎng)格劃分類型。自由網(wǎng)格對單元形狀無限制，生成的單元無特定規(guī)則，網(wǎng)格沒有固定的模式，對于所有模型的網(wǎng)格劃分都適用。自由網(wǎng)格是面和體網(wǎng)絡(luò)劃分時(shí)候的缺省設(shè)置，生成的自由網(wǎng)絡(luò)比較容易。自由網(wǎng)格的選擇可以只用四邊形單元或者只用三角形單元組成。體單元僅僅包含四面體網(wǎng)格，致使單元數(shù)量較多。自由網(wǎng)格易于生成，不須將復(fù)雜形狀的體分解為規(guī)則形狀的體［4］?，F(xiàn)采用的網(wǎng)格劃分方法是:自動(dòng)進(jìn)行劃分，然后對半聯(lián)軸器的應(yīng)力集中部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。網(wǎng)格如圖2所示。

圖2　網(wǎng)格劃分

1.3施加約束

1.3.1位移約束

有限元模型的約束與實(shí)際情況緊密相連，有一定的關(guān)系，但是又不同于實(shí)際情況，經(jīng)過分析，對聯(lián)軸器的基座底面和兩個(gè)孔存在進(jìn)行位移約束，如圖3所示。

圖3　施加約束

1.3.2壓力約束

在聯(lián)軸器工作的時(shí)候，兩個(gè)孔內(nèi)以及鍵槽的一個(gè)側(cè)面會(huì)有力的作用。對小軸孔的內(nèi)圓周面和臺(tái)面施加1e6大小的載荷。對大軸孔軸臺(tái)上施加1e7的載荷，同時(shí)在鍵槽的一側(cè)施加1e5的載荷，如圖4所示。

圖4　施加約束

1.4進(jìn)行求解

通過ANSYS軟件的分析，得到了聯(lián)軸器的的應(yīng)變圖。結(jié)果是這樣的：X方向的應(yīng)變分布圖如圖5所示，Y方向的如圖6所示、Z方向的如圖7所示，總的應(yīng)變分布圖如圖8所示。

圖5　應(yīng)變分布圖

圖6　應(yīng)變分布圖

圖7　應(yīng)變分布圖

圖8　應(yīng)變分布圖

2　結(jié)束語

通過ANSYS軟件對聯(lián)軸器的靜態(tài)分析，本文得到聯(lián)軸器的應(yīng)變分布圖。分析結(jié)果表明，最大位移發(fā)生在聯(lián)軸器的外側(cè)。最先的破壞的地方在聯(lián)軸器圓盤外緣，和實(shí)際情況相同，說明建模和分析是正確的，為聯(lián)軸器的理論分析和實(shí)際應(yīng)用提供了一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］張媛，劉超，郭忠瑞，等．柱銷聯(lián)軸器的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2014，（1）：33-35.

［2］劉武．基于萬向聯(lián)軸器的ANSYS有限元分析［J］.輕工科技械，2012，（11）:58-59.

［3］張寶，蘇小平.高彈性聯(lián)軸器的靜力學(xué)仿真分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012，（2）：212-214.

［4］于華波，高奇帥，柳東威，基于ANSYS的齒輪漸開線斜齒輪的齒根應(yīng)力分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009，（1）：84-86.

Coupling Analysis of the Static

GUAN Feng
（Shanxi Institute of Mechanical and Electrical Engineering，Changzhi Shanxi 046011，China）

Abstract：Take coupling as the research object through the finite element analysis software to establish finite element model of the coupling on the static analysis，the strain of the drawings of the coupling are obtained，and also provide the basis for the optimal design of the coupling

Key words：coupling；the strain distribution；the finite element

中圖分類號：TH133.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）03-0137-03

收稿日期：2015-12-27

作者簡介：關(guān)鋒（1980-），男，山西長治人，碩士，助教，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面的研究。