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    平衡方式對萬(wàn)向聯(lián)軸器的有限元分析

    發(fā)布于:2024-05-14 19:27
    有限元分析

          中厚板軋機是軋鋼生產(chǎn)中的主要設備,其主傳動(dòng)系統是軋機的重要組成部分,十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器是主傳動(dòng)系統中的核心部件,因為其具有傳遞扭矩大、傳遞傾角大和應用范圍廣等特點(diǎn)而被廣泛應用。
          但是近年來(lái),在軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中,十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器成為最容易失效的關(guān)鍵部件之一,其主要的失效形式是叉頭的變形和斷裂、十字軸的斷裂等。例如,某熱軋帶鋼廠(chǎng)的可逆式粗軋機主傳動(dòng)系統的十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器中的法蘭叉頭和輥端叉頭發(fā)生過(guò)破壞,嚴重影響了生產(chǎn),迫切需要采取某種措施來(lái)提高叉頭的強度。當平衡力加載到接軸上時(shí),接軸將發(fā)生撓度變形,接軸的軸向距離縮短,進(jìn)而對聯(lián)軸器產(chǎn)生拉力,從而影響聯(lián)軸器的受力情況。本文嘗試改變接軸的平衡方式,即平衡力由在接軸一處加載變?yōu)閮商幖虞d,通過(guò)這種方式減小接軸的撓度變形,進(jìn)而減小接軸對聯(lián)軸器的拉力以達到提高聯(lián)軸器強度的目的。
          以往人們建立模型時(shí),只對研究對象建立模型,而本文不單單是建立聯(lián)軸器的模型,而要建立聯(lián)軸器和與它相連的萬(wàn)向接軸的模型,這樣建立模型是基于以下兩點(diǎn)原因:一是萬(wàn)向聯(lián)軸器在工作時(shí)并不是孤立工作的,它是與其他零部件一起配合工作的,萬(wàn)向聯(lián)軸器受接軸的影響最大,為了保持接軸的穩定性,一般有平衡裝置對接軸施加平衡力,平衡系數為1.1~1.6;二是如果只建立聯(lián)軸器的模型,對其加載的邊界條件可能不夠具體,或者不能較好的模擬聯(lián)軸器實(shí)際工作時(shí)的工況,為了使萬(wàn)向聯(lián)軸器的邊界條件更加接近實(shí)際工況,所以建立萬(wàn)向聯(lián)軸器及接軸的整體模型。在建模時(shí),為了使分析計算簡(jiǎn)單化,又不影響計算結果,需要對模型進(jìn)行適當的簡(jiǎn)化處理,其主要簡(jiǎn)化如下:聯(lián)軸器的叉頭通過(guò)螺栓與接軸連接,在建模時(shí)將叉頭與接軸看做是一體,將螺栓省略;叉頭上的螺栓孔省略不畫(huà);接軸上的倒角省略不畫(huà)。聯(lián)軸器是分析的重點(diǎn),所以聯(lián)軸器雖然結構復雜但其倒角也應畫(huà)出。接軸一般有0~15°的傾角,本文的接軸有5°工作傾角。用Solidworks軟件便可建立十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器及接軸的整體模型。
          把上述幾何模型導入有限元分析軟件ANSYS Workbench,對其進(jìn)行前處理操作。
          定義材料及其屬性:模型使用的材料為合金鋼,萬(wàn)向接軸的材料為37SiMn2MoV,彈性模量E=2.1×e11Pa,泊松比μ=0.3,抗拉強度σb≥980MPa,屈服強度σs≥835MPa;萬(wàn)向聯(lián)軸器的材料為42CrMo,抗拉強度σb≥1080MPa,屈服強度σs≥930MPa,彈性模量E=2×e11Pa,泊松比μ=0.28。
          定義整體坐標系的x軸沿聯(lián)接軸的軸向向右,y軸垂直紙面向外,z軸沿豎直方向向下。對模型整體劃分網(wǎng)格,定義單元尺寸為40mm,網(wǎng)格劃分完成后,查看網(wǎng)格劃分情況。網(wǎng)格單元數為564802,網(wǎng)格節點(diǎn)數為854560,網(wǎng)格質(zhì)量較好。
          右端聯(lián)軸器由電動(dòng)機帶動(dòng),左端聯(lián)接軸聯(lián)接軋輥。所以對右端聯(lián)接電動(dòng)機的叉頭外圓柱面進(jìn)行軸向、徑向和切向約束,對左端聯(lián)接軋輥的叉頭外圓柱面只進(jìn)行徑向約束。在接軸中部建立一軸套模擬滑動(dòng)軸承,以方便平衡力的加載。軸套并不轉動(dòng),所以對軸套外側圓柱面進(jìn)行軸向約束和對繞軸的轉動(dòng)進(jìn)行約束。


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