萬(wàn)向聯(lián)軸器的有限元分析

萬(wàn)向聯(lián)軸器的有限元分析the Finite Element Analysis of theUniversal Coupling2013年7月摘要本文以一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的聯(lián)軸器十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器為研究對(duì)象， 以 大型 CAE 軟件 ANSYS 為工具，研究分析了此種聯(lián)軸器在動(dòng)力學(xué)、 靜力學(xué)等方面的 內(nèi)容。在靜力學(xué)分析中，利用 ANSYS 軟件的高級(jí)建模功能建立該聯(lián)軸器的三維模型，施 加適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件， 采用 Solid185 單元離散聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)， 建立了聯(lián)軸器的有限元仿真 分析的實(shí)體模型。根據(jù)聯(lián)軸器在危險(xiǎn)工況下的受載情況對(duì)其進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析。最后求 解獲得其應(yīng)力應(yīng)變分布情況，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核，結(jié)果證明十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器 的設(shè)計(jì)是符合強(qiáng)度要求的。關(guān)鍵詞：聯(lián)軸器；有限元； ANSYSI目錄摘要 I第 1 章緒論 11.1聯(lián)軸器性能與功用 11.2 聯(lián)軸器分類(lèi) 11.3 萬(wàn)向聯(lián)軸器的研究現(xiàn)狀 21.4本課題的研究意義 4第 2 章十字軸聯(lián)軸器傳動(dòng)特性 62.1 十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器 62.1.1 十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器概述 62.1.2 十字軸傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 62.1.3 十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 72.2 課題研究對(duì)象 82.2.1 問(wèn)題的提出與研究方向 82.2.2 CENTAFH 型聯(lián)軸器 8第 3 章聯(lián)軸器有限元分析 93.1 有限元模型的建立 93.2 加載與計(jì)算 113.3后處理 13第 4 章凸緣叉有限元分析 184.1 有限元模型的建立 184.2 加載與計(jì)算 194.3后處理 20第 5 章結(jié)論 26參考文獻(xiàn) 27I機(jī)械強(qiáng)度第1章緒論1.1聯(lián)軸器性能與功用聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中的一種常用軸系部件，它的基本功用是聯(lián)接兩軸（有 時(shí)也聯(lián)接軸和其他回轉(zhuǎn)零件），并傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩【聯(lián)軸器是機(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)中最常用的一種聯(lián)接部件，應(yīng)用范圍涉及國(guó)民 經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，是品種多，量大面廣的通用基礎(chǔ)部件之一。與齒輪傳動(dòng)、帶 傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，聯(lián)軸器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有著其獨(dú)特的、其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 不能代替的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)需要將一根軸上的扭矩或轉(zhuǎn)速以較大的軸間夾角傳到相距 較遠(yuǎn)、且其角度可能變化的另一根軸時(shí)，往往只能選擇聯(lián)軸器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。普通聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接同一軸線的兩軸，而萬(wàn)向聯(lián)軸器則多是用來(lái)聯(lián)接兩 相交軸或平行、交錯(cuò)的兩軸。萬(wàn)向聯(lián)軸器不但允許有相當(dāng)大的軸間夾角，而且 允許軸間夾角在限定的范圍隨工作需要而變動(dòng)【2】。就萬(wàn)向聯(lián)軸器的傳遞扭矩能力來(lái)說(shuō)，最大可達(dá)到幾萬(wàn)N m,最小可達(dá)幾N m,甚至更小，并且有多種尺寸和結(jié)構(gòu)，所以對(duì)于各種實(shí)際情況都有相應(yīng)尺 寸和型式的聯(lián)軸器可供使用或較為方便的研制出來(lái)。因?yàn)槿f(wàn)向聯(lián)軸器具有很多 優(yōu)點(diǎn)，所以它的使用日益廣泛：從交通運(yùn)輸用的飛機(jī)、汽車(chē)、艦船，至V工業(yè)生 產(chǎn)用的軋鋼機(jī)、紡織機(jī)、輕工生產(chǎn)自動(dòng)線；從傳遞上萬(wàn) N m的重型傳動(dòng)，到 指令控制儀中用來(lái)傳遞分秒級(jí)的精確傳動(dòng)，幾乎都離不開(kāi)萬(wàn)向聯(lián)軸器。1. 2聯(lián)軸器分類(lèi)聯(lián)軸器類(lèi)型較多，使用范圍也越來(lái)越廣，并不斷地被改進(jìn)與更新。若按傳 遞扭矩的大小可分為小型聯(lián)軸器和大型聯(lián)軸器；若按轉(zhuǎn)速特征可分為非等速型、 準(zhǔn)等速型、等速型；通常根據(jù)其對(duì)相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力（即能否在發(fā)生相對(duì) 位移條件下保持聯(lián)接的功能）劃分為剛性聯(lián)軸器和彈性（即撓性）聯(lián)軸器兩大 類(lèi)【3】。剛性聯(lián)軸器對(duì)相對(duì)位移沒(méi)有補(bǔ)償能力，且全部由剛性零件組成，也沒(méi)有 緩沖減振能力，適用于要求被聯(lián)接的兩軸嚴(yán)格對(duì)中、載荷平穩(wěn)的場(chǎng)合；彈有緩 沖減振能力，適用于要求被聯(lián)接的兩軸嚴(yán)格對(duì)中、載荷平穩(wěn)的場(chǎng)合；彈性聯(lián)軸 器因具有撓性，不但有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移和緩沖減振等功能，還可以兼作防止 傳動(dòng)軸系過(guò)載而導(dǎo)致重要零部件受到破壞的安全裝置。本文分析的十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器就屬于彈性聯(lián)軸器，常見(jiàn)彈性聯(lián)軸器有十字 滑塊聯(lián)軸器、萬(wàn)向聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、滾子鏈聯(lián)軸器、彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、 彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、星形彈性聯(lián)軸器、剪切銷(xiāo)安全聯(lián)軸器。1. 3萬(wàn)向聯(lián)軸器的研究現(xiàn)狀20世紀(jì)初由于汽車(chē)工業(yè)的異軍突起， 使人們開(kāi)始對(duì)萬(wàn)向聯(lián)軸器有了新的認(rèn) 識(shí)，并加以重視。目前世界上對(duì)聯(lián)軸器研究水平較高的國(guó)家仍然集中在歐美發(fā) 達(dá)國(guó)家，如德國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、日本、英國(guó)、羅馬尼亞等國(guó)。十字軸萬(wàn)向聯(lián) 軸器是最早被應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中的一種萬(wàn)向聯(lián)軸器，也是應(yīng)用最廣的一種， 各國(guó)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)學(xué)方面的學(xué)者都對(duì)其特別的重視，但對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、 動(dòng)力學(xué)以及振動(dòng)和彈塑性研究還只是近二十幾年的事。德國(guó)柏林大學(xué)的工程博士 Jurge nHabich的研究表明：雙十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)中間軸長(zhǎng)度隨機(jī)變化時(shí)其扭轉(zhuǎn)剛度也隨之變化，這樣，對(duì)于萬(wàn)向 聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)振動(dòng)來(lái)說(shuō)將產(chǎn)生影響。他先從理論上分析了雙十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的 扭振情況，隨后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值進(jìn)行了比較。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)機(jī)械工程系的 Frendenstein博士及其助手運(yùn)用二元數(shù)方 法對(duì)單十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器運(yùn)動(dòng)精度及其運(yùn)動(dòng)副受外載的影響進(jìn)行了分析。1984年，西德工程師協(xié)會(huì)對(duì)聯(lián)軸器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析后得出：今后聯(lián)軸器的發(fā) 展方向一般為通過(guò)研究提高已有的各種聯(lián)軸器的極限轉(zhuǎn)速、提高其最大扭矩， 以此來(lái)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速高功率傳遞。近年來(lái)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我聯(lián)軸器行業(yè)如雨后春筍般蓬勃發(fā)展起來(lái)。新發(fā)明、新改進(jìn)不斷涌現(xiàn)。青島科技大學(xué)的常德功教授發(fā)明的三叉桿式萬(wàn) 向聯(lián)軸器【6-101就有許多優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維修簡(jiǎn)便等，具有廣 闊的應(yīng)用前景。常德功教授曾在三叉桿式萬(wàn)向聯(lián)軸器采用調(diào)心軸承時(shí)的運(yùn)動(dòng) 分析中分析了三叉式萬(wàn)向聯(lián)軸器采用調(diào)心軸承時(shí)輸出軸轉(zhuǎn)角和輸入軸轉(zhuǎn)角之 間的關(guān)系，并得出這種聯(lián)軸器為準(zhǔn)等角速傳動(dòng)萬(wàn)向聯(lián)軸器的結(jié)論，討論了軸偏 轉(zhuǎn)角大小對(duì)輸出、輸入轉(zhuǎn)角差值的影響。分析表明，這種聯(lián)軸器中轉(zhuǎn)角差值的 變化周期是輸入軸自轉(zhuǎn)周期的三倍。另外四川省成都張博惠發(fā)明的新型萬(wàn)向聯(lián)軸器、溫州朱啟良發(fā)明的十字軸 式萬(wàn)向聯(lián)軸器、李君佑發(fā)明的萬(wàn)向節(jié)等等，都標(biāo)志著我國(guó)的聯(lián)軸器事業(yè)走上了 較為成熟的階段。由于十字軸聯(lián)軸器的理論比較成熟，各方面的數(shù)據(jù)也比較充分。所以許多 學(xué)者希望在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面進(jìn)行完備的分析，以便為開(kāi)發(fā)或分析新型的聯(lián)軸器打下 基礎(chǔ)。動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，使人們對(duì)聯(lián)軸器的研究更加深入。要想實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸器轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)速的提高和質(zhì)量的減輕，不能不考慮聯(lián)軸器的振動(dòng)和彈性變形等問(wèn)題。1991年同濟(jì)大學(xué)喻懷正教授的學(xué)術(shù)會(huì)議論文十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的振動(dòng)研 究，首次提出以整個(gè)十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器傳動(dòng)為研究系統(tǒng)，用適合計(jì)算機(jī)計(jì)算的傳遞矩陣法進(jìn)行振動(dòng)分析研究。研究表明：為減少系統(tǒng)的振動(dòng)程度，設(shè)計(jì)時(shí)除 了應(yīng)該盡量減少傳動(dòng)角和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量外，更應(yīng)盡量使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度避開(kāi)各階 固有頻率。隨著機(jī)械系統(tǒng)的高速化、精密化，聯(lián)軸器的彈性動(dòng)力學(xué)分析將成為 必然，但這一部分的研究在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。1996年上海工程技術(shù)大學(xué)的朱金榴在 萬(wàn)向聯(lián)軸器十字軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力 學(xué)方程一文中，對(duì)繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的十字軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，引入歐拉 矩陣，解出廣義坐標(biāo)和歐拉角之間的換算關(guān)系。將傳統(tǒng)的歐拉運(yùn)動(dòng)方程、歐拉 動(dòng)力學(xué)方程配以矩陣形式，解出三維的瞬軸方程、繞瞬軸角速度、角加速度和 慣性力矩。在受力分析方面，武漢大學(xué)王惠珍教授在計(jì)入摩擦力和慣性力的三叉式 萬(wàn)向聯(lián)軸器的受力分析一文中，針對(duì)工程實(shí)際，對(duì)同時(shí)計(jì)入摩擦力和慣性力 的三叉式萬(wàn)向聯(lián)軸器的受力提出了一種分析模型，利用此模型建立了既簡(jiǎn)單又 實(shí)用的三叉式聯(lián)軸器的力學(xué)表達(dá)式，并結(jié)合實(shí)例對(duì)這種聯(lián)軸器的受力進(jìn)行了數(shù) 值分析。力分析的結(jié)果可為軸承的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和參考，其簡(jiǎn)化的計(jì)算公 式為工程計(jì)算提供了方便。同濟(jì)大學(xué)教授毛培芳在十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的失效分析和結(jié)構(gòu)改進(jìn)中指 出：1、十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器是工程機(jī)械常用的傳動(dòng)部件，又是易損件，對(duì)十字軸 萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行失效分析和結(jié)構(gòu)改造，將有助于延長(zhǎng)其使用壽命和產(chǎn)品的更新 換代。2、國(guó)內(nèi)外十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的生產(chǎn)、使用和維修等方面情況進(jìn)行理論分 析和實(shí)例統(tǒng)計(jì)表明，十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的主要失效形式有：滾針軸承磨損，十 字軸凹痕、點(diǎn)蝕和剝落、節(jié)叉孔磨損和變形。3、十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)改進(jìn) 有多種途徑，如使?jié)L針軸承中的接觸應(yīng)力均勻分布，改善滾針軸承的潤(rùn)滑與密 封條件，防止十字軸軸向竄動(dòng)和增加節(jié)叉剛度等。清華大學(xué)楊康樂(lè)教授在大型十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的受力分析一文中，以 上鋼五廠100mm直徑穿孔機(jī)組所用大型十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器為對(duì)象， 對(duì)聯(lián)軸器的 受力狀況以及附加彎矩的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并用三維有限元法對(duì)叉頭工作 時(shí)的應(yīng)力和變形進(jìn)行了計(jì)算：所得結(jié)果對(duì)大型十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)、制造 和系列標(biāo)準(zhǔn)的指定以及推廣應(yīng)用都有實(shí)際的參考意義。在交通運(yùn)輸行業(yè)中，新型高速的電力機(jī)車(chē)越來(lái)越成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，這 對(duì)聯(lián)軸器有很高的要求，要求使用的聯(lián)軸器能有較大的軸向和角度補(bǔ)償，在機(jī) 車(chē)運(yùn)行和轉(zhuǎn)彎時(shí)，能減少振動(dòng)和減輕受力。日本、法國(guó)等國(guó)家在這方面已經(jīng)取 得了一定的成果，他們?cè)跈C(jī)車(chē)車(chē)輪軸之間采用大軸向補(bǔ)償?shù)氖州S聯(lián)軸器，軸 向補(bǔ)償量可以達(dá)到150mm-300mm,而我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究還處于起步階段， 故對(duì)十字軸聯(lián)軸器進(jìn)行深入的分析研究具有廣闊的前景。1.4本課題的研究意義在風(fēng)力發(fā)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，現(xiàn)在大多使用梅花瓣聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器和十字 軸萬(wàn)向聯(lián)軸器等，而其中以十字軸聯(lián)軸器應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)樗圃炀S修方便、 傳遞扭矩大、效率高、壽命長(zhǎng)，可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。十字軸聯(lián)軸器設(shè)計(jì)時(shí)采用十字軸作為傳遞扭矩的元件。十字軸聯(lián)軸器具有 軸向、徑向位移補(bǔ)償功能，特別是當(dāng)主、從動(dòng)軸徑向誤差比較大時(shí)，其優(yōu)勢(shì)相 對(duì)其它型式的聯(lián)軸器更加明顯。然而實(shí)踐表明，應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的 CENTA-FH型十字軸聯(lián)軸器在工 作過(guò)程中多次出現(xiàn)明顯的振動(dòng)現(xiàn)象，經(jīng)工作人員多次安裝調(diào)試，仍然沒(méi)有 解決振動(dòng)問(wèn)題，嚴(yán)重影響和制約著發(fā)電機(jī)組的正常工作。引起聯(lián)軸器振動(dòng)的主要原因有兩個(gè)：動(dòng)不平衡和聯(lián)軸器裝配不對(duì)中，兩者 通常是同時(shí)存在并共同作用的。機(jī)械振動(dòng)理論告訴我們，當(dāng)回轉(zhuǎn)體在臨界轉(zhuǎn)速 或其附近運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，回轉(zhuǎn)體本身將出現(xiàn)很大變形并作弓狀回旋，引 起支承及整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的劇烈振動(dòng)，甚至造成回轉(zhuǎn)體的破壞，而當(dāng)轉(zhuǎn)速在臨界 轉(zhuǎn)速的一定范圍之外時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)即趨于平穩(wěn)。任何回轉(zhuǎn)體都應(yīng)該避免在臨界轉(zhuǎn)速 下運(yùn)行，否則將造成很大的撓度，發(fā)生劇烈的振動(dòng)，甚至造成軸承和回轉(zhuǎn)體的破壞。因此，為確保發(fā)電系統(tǒng)安全高效的工作，回轉(zhuǎn)軸系的工作轉(zhuǎn)速n必須在其各階臨界轉(zhuǎn)速【111一定范圍以外。一般要求對(duì)于工作轉(zhuǎn)速低于其一階臨界轉(zhuǎn)速 的回轉(zhuǎn)軸系，n < 0.75n1;對(duì)于工作轉(zhuǎn)速高于其一階臨界轉(zhuǎn)速的回轉(zhuǎn)軸系，1.4 nk<n <0.7 nk+ 1。研究臨界轉(zhuǎn)速的目的，是準(zhǔn)確地計(jì)算出所研究軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速，從而 使軸系的工作轉(zhuǎn)速避開(kāi)它的任何一階臨界轉(zhuǎn)速，以防止發(fā)生這類(lèi)特殊的共振危 害。如果軸系的工作轉(zhuǎn)速不能任意變動(dòng)，貝U需采用改變軸系尺寸、結(jié)構(gòu)等方法 來(lái)改變臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)值，以使得軸系新的臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離其工作轉(zhuǎn)速。因而必須 研究臨界轉(zhuǎn)速的求取和影響臨界轉(zhuǎn)速的因素。本文分析振動(dòng)情況的目的是求出系統(tǒng)的固有頻率，避免傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生共 振，同時(shí)為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性并采取有利的改進(jìn)措施。十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器 的輸入軸以等角速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出軸的轉(zhuǎn)速和承受的扭矩均作微小的周期性變化， 因此系統(tǒng)將有扭振產(chǎn)生。同時(shí)作用于輸入軸的附加彎矩和作用于輸出軸的周期 性軸向力也將分別產(chǎn)生系統(tǒng)的橫向振動(dòng)和縱向振動(dòng)。本文用有限元方法對(duì)十字軸聯(lián)軸器進(jìn)行模態(tài)分析，具有一定的創(chuàng)新意義。 由于十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器是一種空間機(jī)構(gòu)，由于空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，從目前 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)十字軸聯(lián)軸器的研究一般均采用數(shù)值公式計(jì)算的方法， 如向量、矩陣、二元數(shù)、四元數(shù)、旋量及張量等。這些方法對(duì)求解復(fù)雜問(wèn)題有 些困難，而且精確度差。本課題用有限元分析軟件 ANSYS對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析， 避免了數(shù)值公式計(jì)算的缺點(diǎn)，有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。5機(jī)械強(qiáng)度第2章十字軸聯(lián)軸器傳動(dòng)特性2. 1十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器2. 1. 1十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器概述在形式眾多的萬(wàn)向聯(lián)軸器中，十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器是一種應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)，使 用范圍最廣的萬(wàn)向聯(lián)軸器。十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，低副磨損 小，傳遞功率大，效率高，且裝配精度要求較低、制造成本低，使用方便，因 此被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、汽車(chē)、紡織、建筑工程等各類(lèi)行業(yè)中，盡管近幾十年 來(lái)，己研制和開(kāi)發(fā)出來(lái)諸如球籠式、球環(huán)式、三銷(xiāo)式等各種新型的萬(wàn)向聯(lián)軸器， 但十字軸聯(lián)軸器仍活躍在各個(gè)工程領(lǐng)域，在目前使用的萬(wàn)向聯(lián)軸器中，它仍占 很大比例，是一種主要的萬(wàn)向聯(lián)軸器 【12】0目前各種類(lèi)型的萬(wàn)向聯(lián)軸器，主要是以雙十字軸聯(lián)軸器為基礎(chǔ)，研制開(kāi)發(fā) 而成的。如凸塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器、三銷(xiāo)式萬(wàn)向聯(lián)軸器等，其工作原理和雙十字軸 聯(lián)軸器是基本相同的，只是把中間傳動(dòng)軸和兩端的十字軸演化為凸塊或者三銷(xiāo)。 這些型式的聯(lián)軸器簡(jiǎn)單可靠，允許的軸間角比較大，但其傳動(dòng)效率低，且容易 磨損，因此使用范圍較小。由于十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器在輸入軸以恒定的轉(zhuǎn)速輸入運(yùn)動(dòng)和扭矩時(shí)，輸出軸 輸出的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)速呈周期變化【131,因此這是一種非等角速傳動(dòng)，在工作中容易 產(chǎn)生慣性力和附加彎矩及扭矩，當(dāng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生橫向振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)， 增加了傳動(dòng)的不穩(wěn)定性，這使其應(yīng)用受到一定的限制，尤其受限于要求傳動(dòng)平 穩(wěn)的場(chǎng)合。盡管如此，由于兩個(gè)單十字軸聯(lián)軸器在一定的條件下組成的雙十字 軸聯(lián)軸器能夠?qū)崿F(xiàn)等速，且由于十字軸聯(lián)軸器發(fā)明得早，制造成本又低，傳動(dòng) 效率又比較高，其在今后較長(zhǎng)的時(shí)間里，仍將在聯(lián)軸器的使用領(lǐng)域占有相當(dāng)大 的比例，是一種主要的聯(lián)軸器，其發(fā)展方向?qū)⑹侵赜谔岣邩O限轉(zhuǎn)速和使用壽 命，SWP型十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器和SWZ型十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器是兩種常見(jiàn)的 兩種雙十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器116-171 0 2.1.2十字軸傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器是一種理想的傳動(dòng)聯(lián)軸器，在諸多機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中被廣泛采用。十字軸傳動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 傳動(dòng)效率高，可降低電力消耗約 5%15%。(2) 傳遞扭矩大，在回轉(zhuǎn)直徑相同的情況下，比滑塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器能傳遞更 大的扭矩。(3) 傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊約為滑塊式的1/101/20。(4) 潤(rùn)滑條件好，節(jié)省投入和保養(yǎng)維修費(fèi)用。(5) 使用壽命長(zhǎng)，一般使用可達(dá)12年。(6) 允許傾角大，兩軸夾角可以達(dá)到35°45°。傳動(dòng)時(shí)候噪音低(30 dB 40dB)(7) 傳動(dòng)時(shí)候噪音低(30 dB40 dB) 0十字軸式萬(wàn)向傳動(dòng)軸是應(yīng)用于兩相交軸或兩平行軸之間的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳 遞裝置。其傳遞的扭矩小至幾Nm,大到幾百kNm,它的結(jié)構(gòu)也從單接頭、 雙接頭發(fā)展到多根聯(lián)接的萬(wàn)向傳動(dòng)鏈。適用于不同場(chǎng)合的傳動(dòng)軸，其結(jié)構(gòu)型式 和技術(shù)性能要求也有所不同，準(zhǔn)確、合理地選用和維護(hù)傳動(dòng)軸，對(duì)保證機(jī)械傳 動(dòng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行以及延長(zhǎng)其使用壽命十分重要。2. 1. 3十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器的主要構(gòu)件由主、被動(dòng)叉形接頭與十字軸、中間軸組成，傳遞動(dòng)力的中間受力元件為十字軸。這種聯(lián)軸器的許用軸傾角可達(dá)15°以上，雙節(jié)使用時(shí)，能實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)等角速比的萬(wàn)向傳動(dòng)，較好地滿足了主從動(dòng)軸徑 向位移補(bǔ)償和角位移補(bǔ)償需要【181。列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器有：JB5513SWC型整體叉頭十字軸式 萬(wàn)向聯(lián)軸器、JB3241SWP型剖分軸承座十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器和 JB3242SWZ型 整體軸承座十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器。按其接頭型式又分為單頭萬(wàn)向聯(lián)軸器和雙頭 萬(wàn)向聯(lián)軸器。(1) 單頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器。在主動(dòng)軸以等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)軸則時(shí)快時(shí)慢， 雖然總的轉(zhuǎn)數(shù)是相等的，但產(chǎn)生角加速度，則會(huì)由于慣性力而產(chǎn)生附加力矩， 造成沖擊和振動(dòng)，降低傳動(dòng)效率和零件的壽命。這是單頭萬(wàn)向聯(lián)軸器的缺點(diǎn)。(2) 雙頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器。由運(yùn)動(dòng)學(xué)分析得知，為消除從動(dòng)軸的不等速， 防止產(chǎn)生角加速度，通常采用雙頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器。雙頭十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器允許兩聯(lián)接件間有較大的空間距離和角位移，并且具有傳遞扭矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)、效率高、壽命長(zhǎng)、允許軸折角大、可伸縮、 噪聲低以及潤(rùn)滑維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多行業(yè)應(yīng)用廣泛。2. 2課題研究對(duì)象2.2. 1問(wèn)題的提出與研究方向本論文分析的是德國(guó)CENTA公司生產(chǎn)的CENTA FH型萬(wàn)向聯(lián)軸器，它 是一種十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器，常適用于柴油機(jī)輸出與大角度萬(wàn)向軸的聯(lián)接，能 消除萬(wàn)向軸運(yùn)動(dòng)反力對(duì)柴油機(jī)的不良影響，同時(shí)提供萬(wàn)向軸配套，免維護(hù)，應(yīng) 用廣泛，這種聯(lián)軸器還常用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，聯(lián)接增速器與發(fā)電機(jī)。2.2. 2CENTFH型聯(lián)軸器以下對(duì)CENTA FH型聯(lián)軸器做一下概述。德國(guó)CENTA公司專(zhuān)門(mén)從事萬(wàn)向聯(lián)軸器、離合器、碳纖維軸系、萬(wàn)向軸傳 動(dòng)裝置及減震裝置的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)。其聯(lián)軸器產(chǎn)品類(lèi)型有二十多種，扭矩覆蓋范 圍：10106N?m，廣泛應(yīng)用于船舶、機(jī)車(chē)、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、風(fēng)力發(fā)電、 大型船艦及工業(yè)設(shè)備等傳動(dòng)系統(tǒng)。CENTA聯(lián)軸器采用由碳纖維管材料的驅(qū)動(dòng)軸，能夠輕而易舉地達(dá)到減輕 傳動(dòng)部件重量的目的。碳纖維驅(qū)動(dòng)軸的主要優(yōu)點(diǎn)如下。(I)明顯地減輕了驅(qū)動(dòng)軸的重量。和堅(jiān)硬的鋼質(zhì)軸相比較，碳纖維軸的重量 明顯地減輕了約70%，這其中包括復(fù)合管端部必要的金屬部件，其實(shí)僅碳纖維 管本身的重量的確很輕。一般可以規(guī)納為：軸越長(zhǎng)，減重的量越大，復(fù)合軸減 重的效果越明顯。(2)臨界速度高。由于轉(zhuǎn)速是設(shè)定的，故使用碳纖維軸的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在長(zhǎng)的推 進(jìn)軸系上。換言之，軸承之間的距離會(huì)較長(zhǎng)。因此，長(zhǎng)軸系上通常不需要布置 軸承，至少減少了軸承的數(shù)量，這樣就降低了成本，減輕了軸系，減少了部件, 而且還節(jié)省了軸承支撐件的成本以及減輕了重量。(3) 長(zhǎng)壽命、低噪聲、無(wú)腐蝕、無(wú)磨擦、免維修、不導(dǎo)電、無(wú)磁性。這種主動(dòng)鎖緊系統(tǒng)使軸系在額定扭矩下安全系數(shù)提高到6倍，疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)提高到3倍。為了避免由于軸的裝配偏差和扭曲所造成的危險(xiǎn)應(yīng)力，CENTA公司在軸管的兩端原則上采用柔性聯(lián)接第3章聯(lián)軸器有限元分析3.1有限元模型的建立以CENTA FH系列CM2600型萬(wàn)向聯(lián)軸器為研究分析對(duì)象。材料屬性：此系列聯(lián)軸器是碳纖維合金鋼，這種復(fù)合材料是一種高彈性、 低密度材質(zhì)，屈服極限為（T s2= 345Mpa。工況：取發(fā)電機(jī)在額定功率 P= 120kW,轉(zhuǎn)速n= 1500r/min時(shí)進(jìn)行分析首先需要定義工作文件名并設(shè)置分析模塊，然后進(jìn)行必要的定義，包括定 義單元類(lèi)型和選項(xiàng)、定義實(shí)常數(shù)和材料屬性等。在ANSYS軟件中定義材料性能參數(shù)如下楊氏彈性模量 E仁240GPa，泊松比 皿=0.3接著就可以建立幾何模型，尺寸參數(shù)參照測(cè)繪的相關(guān)資料。以聯(lián)軸器的軸線方向?yàn)閦軸，生成聯(lián)軸器幾何模型見(jiàn)圖3-1、圖3-2、圖3-3所示圖3-1聯(lián)軸器幾何模型9機(jī)械強(qiáng)度10機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度圖3-2中間軸的幾何模型#機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度ANSYSF gMAY 19 2QL320:24:16#機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度圖3-3十字軸的幾何模型11機(jī)械強(qiáng)度定義橫截面類(lèi)型和單元坐標(biāo)系，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成有限元單元、 節(jié)點(diǎn)，得到有限元分析的實(shí)體模型，然后施加荷載及約束；這里選取Solid185實(shí)體單元對(duì)模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。有限元實(shí)體模型見(jiàn)圖3-4所示，一共劃分了 72543個(gè)實(shí)體單元，共計(jì)17375個(gè)節(jié)點(diǎn)。AN5YSlli.tMAT 19 2013 mo沁圖3-4網(wǎng)格劃分后的聯(lián)軸器實(shí)體模型3.2加載與計(jì)算ANSYS的求解就是解方程。通過(guò)各類(lèi)求解器，求解由有限元方法建立的 聯(lián)立方程組，其結(jié)果是得到節(jié)點(diǎn)的自由度解，并進(jìn)一步得到單元解。這里選擇 求解類(lèi)型并進(jìn)行求解選項(xiàng)設(shè)定。Main Menu>Preprocessor>Loads>AnalysisType>New Analysis，在彈出的 New Analysis對(duì)話框中選擇 Static靜力學(xué)分析。Mai n Menu >Soluti on >Defi ne Loads>Apply>Structural>Displaceme nt> On Areas選項(xiàng)對(duì)聯(lián)軸器施加邊界條件，在聯(lián)軸器的一個(gè)十字軸上施加UX、UY、UZ方向的約束。ANSYSR14.5ElENEdSWY 1? ?01320:06:41圖3-5對(duì)聯(lián)軸器施加邊界條件和載荷聯(lián)軸器載荷的確定須根據(jù)其最大受力狀態(tài)下的扭矩。設(shè)聯(lián)軸器傳遞功率為P,它應(yīng)等于外力偶Me和相應(yīng)角速度之乘積，即P =Me 3工程中功率P的常用單位為kW，力偶矩的單位為N?m,轉(zhuǎn)速n的單位P =MeX 2 m/60 X0r/min（轉(zhuǎn)/分）。于是得由此得3M e=P00 /03/2 n=9549P/n由平衡條件知，故有在轉(zhuǎn)動(dòng)軸中，扭矩和力偶矩是相等的，即T =MeT=PX60 /03/2 n=9549P/n3已知應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的聯(lián)軸器其單臺(tái)發(fā)電機(jī)額定功率為120KW。按照功率一定，最低轉(zhuǎn)速時(shí)其扭矩值最大。經(jīng)調(diào)研已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min，最危險(xiǎn)工況就按照額定功率下其最小轉(zhuǎn)速n=1000r/min時(shí)計(jì)算T= 9549P/n=9549 >20/1000=1145.8NmMai n Menu >Soluti on >Defi ne Loads>Apply>Structural>Force/Mome nt> On Nodes選項(xiàng)，在另一個(gè)十字軸側(cè)面施加扭矩1145.8N?m。施加邊界條件和載荷如圖3-5所示。然后選擇 Main Menu>Solution>Solve>Current LS 開(kāi)始計(jì)算。3.3后處理Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Element Solu 觀察 單元應(yīng)力云圖（見(jiàn)圖 3-6、圖3-7）。ANISYSR1431ST 13 ECU2D：lfi!：4710S.923-101-991-55.LZ-3-2431S3B.ZL?85.492-31.C94CLt.lOCSG2-fl47L圖3-6（ 1）單元沿xy面剪切應(yīng)力ELLMEKT SOLUTICE：S"E?=LANSYSRW>SMAY 19 2313 21；20;1ZSUB =1T1WE=LST2(MAVC)6.7Z6-Z2-773E1-L73OZ25-13155-0347-S4.7Sfl2-13-79711S.LS543". 1002l.Cil圖3-6 (2)單元沿yz面剪切應(yīng)力£L£M£»r £010! 10HJTEP-1SUB =1ANSYSR14.5ia¥ 19 2C1320:11:22XZiIT0Aa/3)RSYS-0EHX -+22EE-06SHi 59-51242MX鼻箋7再I(mǎi)1ME-1-as.52石-43.ESE"7-Lg.4E51疋印-3ZE-5旨日.3監(jiān)正-O.7955-30.03199.S2L7243 A353圖3-6 (3)單元沿xz面剪切應(yīng)力16機(jī)械強(qiáng)度17機(jī)械強(qiáng)度ILEMEtn SOLUTIOK3?tP=lS U3 -1TIME-1ANSY5R14.SMS? 19 2C132Q=11:4£乩(MM呻RSYS-C-ZlZ-BOi-113.533-14.5562. S7-311B3-C9-1M.24C-M-1153St.CIC*?154.133#機(jī)械強(qiáng)度圖3-6 (4)單元沿x軸方向應(yīng)力#機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度ELEEEfT： S5LUTIO1I9t£E=l彳陽(yáng)=1TIME-1ANSYSR14.5HSY 19 2C13ZD：12：1S25L.2=£-Q<.2C441 £.?£.«210.7»18機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度圖3-6 (5)單元沿y軸方向應(yīng)力#機(jī)械強(qiáng)度19機(jī)械強(qiáng)度EUMENT SOLUTCOMANSYS#機(jī)械強(qiáng)度MW IE 201320:12:33SOT暑1 7IHE-1SZ(NOAVGJR3T3=DEMJ： =P22SE-C£SEN 13E.235EZ =9.22JE#機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度-2337-15.Z4552S .'405"4.7103-B£ .734&-37.744C7.24£iEtg2.2«7#機(jī)械強(qiáng)度圖3-6 (6)單元沿z軸方向應(yīng)力#機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度£L£JO1 SOLDI IOS.弍I EM sra si riML-1 suniio佝HX =.225E-0£5MTI =DSMS -i3£3.£ANSYSRUS£LLY J9> 2Q132km：h#機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度30139552.5292105,057157-565210.1137B.7S31131.J21ia3.4J23.17#機(jī)械強(qiáng)度圖3-7單元總應(yīng)力強(qiáng)度分布彩云圖Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu 觀察節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖（見(jiàn)圖 3-8）SIEL*1SU3 =1TIW-1BIST <KTOCts -,.225E-QC-. CO 14 7 4AN SYSXii IS 20132n±U!D2.03147550.B746101 .?電目12 百2 丄203 09 電?5.*3fl7C.3112127.101118.037228.93125MX =253L圖3-8節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布彩云圖以上是對(duì)聯(lián)軸器靜力學(xué)分析的結(jié)果，圖3-6顯示了聯(lián)軸器受最大扭矩時(shí)分別沿xy面、yz面、zx面的剪切應(yīng)力和沿x軸、y軸、z軸的拉壓應(yīng)力分布。 最大應(yīng)力分布見(jiàn)表3-1，從中可以看出，xy面、yz面、zx面內(nèi)的剪切應(yīng)力相對(duì) 較小，而沿x軸、y軸的拉壓應(yīng)力相對(duì)較大。單元最大應(yīng)力（T =236.376Mpa,而 已知十字軸的最大屈服極限（T s= 345Mpa, c <c s,滿足應(yīng)力分布。表3-1聯(lián)軸器最大應(yīng)力分布情況應(yīng)力方向XY面YZ面XZ面X軸向丫軸向Z軸向單元應(yīng)力節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大應(yīng) 力值（Mpa）108.961. 188.7233.3210.897.2236.4228.9最大應(yīng) 力主要 集中部 位十字軸傳動(dòng)軸十字軸十字軸十字軸十字軸十字軸十字軸第4章 凸緣叉有限元分析4.1有限元模型的建立為保險(xiǎn)起見(jiàn)，我們對(duì)凸緣叉也進(jìn)行有限元分析。在ANSYS軟件中定義材料性能參數(shù)如下楊氏彈性模量 E仁240GPa，泊松比 皿=0.3接著就可以建立幾何模型，尺寸參數(shù)參照測(cè)繪的相關(guān)資料。以凸緣叉的軸 線方向?yàn)閦軸，生成聯(lián)軸器幾何模型見(jiàn)圖4-1所示。圖4-1凸緣叉幾何模型定義橫截面類(lèi)型和單元坐標(biāo)系，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成有限元單元、 節(jié)點(diǎn)，得到有限元分析的實(shí)體模型，然后施加荷載及約束；這里選取Solid185實(shí)體單元對(duì)模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。有限元實(shí)體模型見(jiàn)圖4-2所示，一共劃分了 16360個(gè)實(shí)體單元，共計(jì)5212個(gè)節(jié)點(diǎn)。AN SYSfl 143MAK 2- AL31I1S9±DO圖4-2網(wǎng)格劃分后的凸緣叉實(shí)體模型4.2加載與計(jì)算ANSYS的求解就是解方程。通過(guò)各類(lèi)求解器，求解由有限元方法建立的 聯(lián)立方程組，其結(jié)果是得到節(jié)點(diǎn)的自由度解，并進(jìn)一步得到單元解。這里選擇 求解類(lèi)型并進(jìn)行求解選項(xiàng)設(shè)定。Main Menu>Preprocessor>Loads>AnalysisType>New Analysis，在彈出的 New Analysis對(duì)話框中選擇 Static靜力學(xué)分析。Mai n Menu >Soluti on >Defi ne Loads>Apply>Structural>Displaceme nt> On Areas選項(xiàng)對(duì)凸緣叉施加邊界條件，在凸緣叉的一個(gè)所有螺栓上施加 UX、UY、 UZ方向的約束。Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas 選 項(xiàng)，經(jīng)計(jì)算，在凸緣叉與十字軸連接處施加壓強(qiáng)930374Pa施加邊界條件和載荷如圖4-3所示。然后選擇 Main Menu>Solution>Solve>Current LS 開(kāi)始計(jì)算。圖4-3對(duì)凸緣叉施加邊界條件和載荷4.3后處理Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Element Solu 觀察單元應(yīng)力云圖（見(jiàn)圖4-4、圖4-5）。23機(jī)械強(qiáng)度24機(jī)械強(qiáng)度ELEn SOL7TEOESTE&-2SUB -1SIYlirOAVG)R5T5-DUHX -.319E-LD3MW =7CC357SJ£t 心5ANSYSRl*.5May 2? 2313-3.$2391-_734d£.3£-4&71-t.OSS-2.36<03”沛罷3.92E7C7aD<BCS圖4-4 (1)單元沿xy面剪切應(yīng)力E二EMEKT SOmiOE燈“SU3 =1TIME-2S*E(NAVE)RSYS-CCHK =19E-LDsjorSMK三3C437ANSYS-_3lC392-E.1G0?-1.031403 -13174-7.23S91-3S1C1O§1.C3413.23£5.30457圖4-4 (2)單元沿yz面剪切應(yīng)力25機(jī)械強(qiáng)度ANSYSRLa>&T 29 2013Ifi;.29:21E.LEMEOT SOLDIIOJJSTEP-25ZZ(WOAW>K3Y3=DDMX -+31S-10SMIT 11.5S63="*26機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度-LI.59£3-5.43Q21-73EB475-zl-ClEl13-DIES- _E123<I.34711s.aiaaBS .9i4»3Xe.lSL#機(jī)械強(qiáng)度圖4-4 (3)單元沿xz面剪切應(yīng)力#機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度ELEMENT SO1UTISM5TtF=ZS UB *1IlE-2SXRSYS-3DMX =,31W-1DSfflT =-27 + 91355MX 30.£454I.HOAW)ANSYSR1A5MAY 29 2C15LG:27:04-27,513 9一 *1心已自喘車(chē)-1,7935IJ.ZsS3LS2L.33510.32774-7901S17_7fi7S30_e4B4#機(jī)械強(qiáng)度圖4-4 (4)單元沿x軸方向應(yīng)力#機(jī)械強(qiáng)度27機(jī)械強(qiáng)度ELEMI&1I SC-LOTIOaS：E?-2SUB =13T皿 MTS)RSYSOE'MX -+31SE-10srar =-Z0 耳號(hào) §2SMX =21E74ANSY5R14.5jav 29 1013L6：2：ll-23-4SS2-11-2133-L.327357-3SBE2L.444n 臨甜-C.fi733S12-091&£1.2974圖4-4 (5)單元沿y軸方向應(yīng)力ELEmn S3L3TIC-ESTEP=2STS *1IIMEs；SZ(険呵R5YS-Cowe S . J319EH0EMI 2 0 JE E.SWt =46.0595ANSYSR14.SMAY 29 J0L5L6z27：SL-S0-93&_-i&msiAH3943 'UTTfi&-73.04«?-7.2TOO-4聒24 2192“圖4-4 (6)單元沿z軸方向應(yīng)力28機(jī)械強(qiáng)度TTK：-?S-ZLUTIOW3THT (HOAWI mz -,3-lJE-lO 3MI 94OE-Q3業(yè)iL -63.4J9&ANSYSRIALJdtY 29 2013L：31：3429機(jī)械強(qiáng)度#機(jī)械強(qiáng)度-340Z-D211,.* LIB1 .翦換21.K735G - 37 1#機(jī)械強(qiáng)度E?-2SUB -1TIMI-JSimi細(xì)刃DSQL -.319f-lCsay =.44.5E-D3DS =；0.751_<4=-E-3322-=&g33.22£2<=.1171E . 4C07LC.9L932S.l$eg3S.477S圖4-5單元總應(yīng)力強(qiáng)度分布彩云圖Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu 觀察節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖和位移云圖（見(jiàn)圖 4-6、4-7）ANSYSR14l5沁 29 2013_- = J：zh&0.7&7L圖4-6節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布彩云圖恥沁 3cnnr:nSOB -1SUM (AVIMX =.319E-U 飆=.319E-13ANSYSMAY 29 2C13X7：55：30-11OE-1L.14JE-10.2131-10.2043-10.9&SE-11.10CZ-10.L77E-10山伉尼祖口圖4-7節(jié)點(diǎn)位移分布彩云圖3丄9Z-L0以上是對(duì)凸緣叉靜力學(xué)分析的結(jié)果，圖 4-4顯示了凸緣叉受最大扭矩時(shí)分 別沿xy面、yz面、zx面的剪切應(yīng)力和沿x軸、y軸、z軸的拉壓應(yīng)力分布。 最大應(yīng)力分布見(jiàn)表4-1，從中可以看出，xy面、yz面、zx面內(nèi)的剪切應(yīng)力相對(duì) 較小，而沿x軸、z軸的拉壓應(yīng)力相對(duì)較大。單元最大應(yīng)力 (T =63.5Mpa，而已 知十字軸的最大屈服極限(T s= 345Mpa，c < c s,滿足應(yīng)力分布。表4- 1凸緣叉最大應(yīng)力分布情況應(yīng)力方向XY面YZ面XZ面X軸向丫軸向Z軸向單元應(yīng)力節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大應(yīng) 力值(Mpa)7.19.316.230.821.340.163.550.8最大應(yīng) 力主要 集中部 位螺栓孔螺栓孔連接軸螺栓孔螺栓孔連接軸連接軸連接軸第5章結(jié)論本文首先介紹了聯(lián)軸器性能與功用以及十字軸聯(lián)軸器傳動(dòng)特性。隨后以一 種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的聯(lián)軸器一一十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器為研究對(duì)象，以大型 CAE軟件一一ANSYS為工具，研究分析了此種聯(lián)軸器在靜力學(xué)方面的內(nèi)容。 在靜力學(xué)分析中，利用ANSYS軟件的高級(jí)建模功能建立該聯(lián)軸器的三維模型， 施加適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，采用 Solid185單元離散聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)，建立了聯(lián)軸器的 有限元仿真分析的實(shí)體模型。根據(jù)聯(lián)軸器在危險(xiǎn)工況下的受載情況對(duì)其進(jìn)行了 靜強(qiáng)度分析，得出了關(guān)于聯(lián)軸器以及凸緣叉的應(yīng)力云圖，此聯(lián)軸器在最大扭矩工 況下工作時(shí)應(yīng)力主要集中在十字軸上，最大應(yīng)力在十字軸材料的屈服極限范圍 內(nèi)，中間聯(lián)結(jié)軸和凸緣叉應(yīng)力很小。結(jié)果證明十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)是符 合強(qiáng)度要求的。32機(jī)械強(qiáng)度參考文獻(xiàn)1 譚慶昌、趙洪志、曾平 機(jī)械設(shè)計(jì) 吉林科學(xué)技術(shù)出版社 2000年5月出版3493582 孫凌玉十字萬(wàn)向聯(lián)軸器的有限元分析華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào)1995第12卷第1期81 853 李勇萬(wàn)向聯(lián)軸器的選型設(shè)計(jì)江蘇冶金2000年第2期76784 Wakamatsu.M,Yoshida.K,Kojime.Y An alysis of Viscous Coupli ng. 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