6.1 本文總結
機械傳動系統中采用的聯軸器,大都具有補償兩軸相對位移的能力。但是聯軸器工作性能的好壞仍然與兩軸相對位移的大小密切相關。聯軸器的性能隨著兩軸相對位移的增大而惡化。聯軸器采用的橡膠材料具有非線性和大變形特性,在承受交變載荷以及不對中產生的附加載荷下容易產生疲勞破壞。因此對聯軸不對中工作狀態(tài)的研究非常必要,而且對實際生產具有重要的指導意義。
本文在第一章中,主要論述了課題的來源和國內外不對中情況的研究現狀。準確把握了各種方法的優(yōu)點和不足,從而提出了本文的研究路線:首先對聯軸器工作的運動和動力特性以及受力的理論分析,然后在ANSYS中模擬真實的工作狀態(tài),驗證理論分析的正確性。
在第二章中,對聯軸器進行了概述,重點介紹了聯軸器的特點,同時分別介紹了彈性聯軸器以及高彈性聯軸器。最后分析了聯軸器的分類以及選用標準
第三章重點論述了彈性聯軸器的運動特性。從剛度和阻尼的計算結果中進一步計算聯軸器在周期性載荷以及沖擊載荷下的動力特性。最后分析了不對中時動態(tài)特征以及響應,從各種不對中的運動學和動力學分析可以得出如下結論:
(1)激勵力幅與不對重量成正比,隨不對中量的增加,激勵力幅呈線性加大
(2)在不對中情況下,中間圓環(huán)的軸芯線相對于聯軸器的軸心線產生相對運動,其中,平行不對中的回轉輪廓為一圓柱體,偏角不對中時為一雙錐體,平行偏角不對中時為半雙錐體;剞D體的范圍由不對中量決定。
(3)聯軸器處于工作狀態(tài)時,無論是哪一種不對中形式,系統的響應在轉速達到臨界轉速的一半時發(fā)生共振,振幅具有最大值。同時,相位角為
(4)系統在轉速大于臨界轉速后,隨轉速的增加,其響應振幅趨于穩(wěn)定,并不隨激勵力的迅速增加而增大。
第四章主要從力學的角度對聯軸器進行各種不對中的分析。從聯軸器各種不對中的分析結果可以得出以下結論。
1.在軸向不對中時,由于軸向的偏移,橡膠圓環(huán)左端面受到附加的向左拉應力,右端面則受到附加的向右的拉應力,并且在旋轉過程中,拉應力σax的大小和方向都不會隨著圓環(huán)的旋轉角度改變而改變。這樣計算出聯軸器受到的最大應力的大小始終不變,最大應力方向隨著旋轉角度變化。
2.徑向不對中的情況可知,可以知道聯軸器的單元體既有三向工作應力狀態(tài),又存在純剪切的工作狀態(tài),其最大工作應力大小和方向都隨著橡膠圓環(huán)的改變而改變。,在旋轉一周的過程中,綜合考慮四個不同位置時最大主應力的大小,由于(τrot+τrad)>>(τrot-τrad),所以可以知道最大的最大應力為應該是聯軸器360°位置時的最大主應力,即σmax=+(τrot+τrad)最大主應力平面方向與y軸成45°夾角。即360°位置為徑向不對中時的危險點。
3.通過角向不對中的分析可以知道,具有角向不對中的聯軸器受力情況仍然屬于兩向應力狀態(tài),即只有拉扭結合與純剪切的情況發(fā)蟲,沒有三向應力狀態(tài),比較四個位置的最大主應力
>τrot>,可以知道,在聯軸器旋轉一周的過程中,最大主應力在90°位置,。即90°位置為角向不對中時的危險點。
4.由于實際工作中聯軸器兩軸之間不僅存在一定的徑向和軸向位移,而且存在一定的偏角。使得橡膠圓環(huán)附加的徑向拉應力,附加的剪應力τrad,附加的角向應力τrad,以及由橡膠圓環(huán)旋轉扭矩產生的剪應力τrot。所以綜合不對中的應力情況應該是、τrad、τrad與τrot的疊加。
通過四個位置的比較可以知道在綜合不對中時,最大危險點在90°位置。即有
由此式可以知道各個附加載荷的分量都對最大應力產生影響。
在第五章中,主要利用ANSYS有限元分析軟件對各種不對中情況進行了工作狀態(tài)的模擬。首先在ANSYS建立了聯軸器的模型,然后考慮到聯軸器的軸對稱性和載荷的對稱性,對模型進行了簡化。在簡化的模型中進行了各種情況下的非線性經理分析。從而進一步驗證了理論分析的正確性。
6.2 展望
本論文的研究工作表明,不對中對聯軸器的失效影響很大,尤其是角向不對甲和徑向不對中,嚴重加速了橡膠的疲勞,從而使聯軸器過早產生疲勞裂紋,最后使得聯軸器斷裂破壞。
但是在研究過程中,仍然存在一些不足之處,需要在后續(xù)工作中加以解決和重視。
第一,在靜力的模擬分析中,由于在ANSYS 中不能直接施加扭矩,只能換算成作用在節(jié)點上的集中力后進行加載,所以點的數量選取可能對計算的結果有影響。
第二,在非線性的模擬分析中,由于多子步加載需要考慮精度和代價之間的平衡。提高子步數通?梢垣@得較高的精度,但計算時間較長。有時甚至會造成計算的結果不收斂,需要重新進行子步的劃分,所以選擇合適子部與加載方式對結果的準確性有很大的影響。
第三,由于實驗條件有限,對聯軸器的疲勞分析只能進行理論的研究和實驗的模擬。下一步的工作應該朝著利用相似法進行疲勞試驗的方向。
因此,在今后的工作中,應該注意并努力解決以上提到的一些不足,進一步提高ANSYS 分析的數據的精確性和可靠度。同時應該在條件允許的情況下,將聯軸器的實際工作狀態(tài)用實驗的方法測得具體的數據。為提高聯軸器的工作壽命而努力。
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