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    彈性限位膜片聯(lián)軸器的設計與強度分析

    2018-07-09 23:47:32田忠民劉通洋王亮申
    科技風 2018年30期
    關(guān)鍵詞:強度分析

    田忠民 劉通洋 王亮申

    摘要:針對現(xiàn)有膜片聯(lián)軸器存在軸向竄動過大的問題,設計出彈性限位膜片,來限制軸向竄動過大問題。先利用Solidworks進行三維建模,再利用集成于Solidworks中Simulation對彈性限位片進行有限元分析。分析結(jié)果顯示,所設計的彈性限位膜片滿足強度要求。

    關(guān)鍵詞:膜片聯(lián)軸器;彈性限位片;強度分析

    膜片聯(lián)軸器是一種新型聯(lián)軸器,具有傳遞較大的轉(zhuǎn)矩,允許較大的位移誤差。然而,由于現(xiàn)有的膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)不甚合理,當聯(lián)軸器所聯(lián)接裝置給聯(lián)軸器施加周期性軸向竄動量時,現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的膜片聯(lián)軸器要么不能限制軸向竄動量的大小,從而使得聯(lián)軸器半聯(lián)軸節(jié)的軸向竄動量過大,給膜片組帶來附加的動載荷,直接影響到聯(lián)軸器的使用性能和使用壽命;要么沒有對軸向竄動施加阻力,從而造成聯(lián)軸器組件之間產(chǎn)生撞擊,金屬件之間的撞擊會產(chǎn)生火花,聯(lián)軸器如果在易燃易爆場合使用就可能會造成嚴重事故。[15]為了解決這些問題,設計出彈性限位膜片,主要限制現(xiàn)有膜片聯(lián)軸器出現(xiàn)的周期性軸向竄動的竄動量的大小,避免軸向竄動量過大和半聯(lián)軸節(jié)與膜片組的碰撞,增加聯(lián)軸器的使用壽命。

    1 設計計算

    本文聯(lián)軸器的工作條件為:室溫下工作,用電動機作為動力源,電動機軸直徑為40mm,從動軸直徑為40mm,載荷均勻,所需傳遞最大功率為P=80kW,額定扭矩轉(zhuǎn)速n=2200r/min,軸向竄動量為6mm?;谝陨蠗l件來設計、校核分析彈性限位膜片。膜片聯(lián)軸器的工作環(huán)境一般較為惡劣,這就需要彈性限位片的材料有較好的使用性能,需要耐酸、耐堿、耐腐蝕,并且強度應能滿足工作需要,本文選用X3CrNiMoN2752作為彈性限位片材料,其彈性模量E=200GPa,泊松比μ=0.28,屈服強度σs=610MPa,密度ρ=7800kg/m3。

    彈性限位片主要利用弓形金屬片產(chǎn)生的彈性形變來緩沖周期性的軸向力,從而避免膜片與半聯(lián)軸節(jié)產(chǎn)生碰撞。依據(jù)膜片和聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)尺寸,設計出彈性限位片,其結(jié)構(gòu)、尺寸如圖1所示。

    2 強度分析

    (1)彈性限位片的受力計算。膜片受到周期性軸向載荷使得膜片組在軸向的位移達到6mm,可以將彈性限位片簡化為簡支梁模型,公式(1)表達了變形及相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系。

    y=Pl3/3EI(1)

    其中,y最大撓度,P力,N/m,l受力點到支點的距離,mm,E彈性模量,I慣性矩。

    整理公式(1)得公式(2)

    P=3EIy/l3(2)

    將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式(2)中,得到:P= 3EIy/l3 =380.1MPa。

    (2)彈性限位片的靜力分析。根據(jù)前面設計的彈性限位片結(jié)構(gòu)及尺寸,先用SolidWorks建模,再用集成于該軟件中的Simulation模塊對其進行強度分析。應用simulation 進行有限元分析,從而校核其強度。利用Simulation模塊分別分析von Mises應力、生命周期等。其中:最大von Mises應力準則基于von MisesHencky理論,即如果三個主應力分別由σ1、σ2、σ3描述,則von Mises應力為:

    σeq=0.5[(σ1-σ2)2+(σ2-σ4)2+(σ3-σ1)2](3)

    應用simulation分析后,彈性限位片的應力如圖2所示。

    由圖2可以看出最大應力為278MPa,彈性限位片材料的σs=610MPa,因此彈性限位片強度符合要求。

    彈性限位片的位移分析如圖3所示。

    由圖3可以得到彈性限位片的最大位移量為0.296mm,未使彈性限位片發(fā)生大位移,符合設計要求。

    (3)彈性限位片的疲勞強度校核。彈性限位片的疲勞強度校核主要看其使用壽命是否滿足要求,分析結(jié)果如圖 4所示。

    圖4 彈性限位片的疲勞強度校核生命周期

    由圖 4 可以看到彈性限位片載荷循環(huán)次數(shù)達到10,5及以上,滿足使用要求。

    3 結(jié)論

    通過為膜片聯(lián)軸器增加彈性限位片,改進了傳統(tǒng)的膜片聯(lián)軸器結(jié)構(gòu),解決其軸向竄動沒有限制的問題,彈性限位片通過彈力來限制膜片的軸向竄動量,從而避免膜片組與半聯(lián)軸器發(fā)生碰撞,提高了膜片組的使用壽命。

    參考文獻:

    [1]王亮申,陳燕,謝在玉,王昕彥,王曉晨.一種軸向彈性限位的膜片聯(lián)軸器[P].中國專利:201610580437.6,20161207.

    [2]華軍,許慶余,張亞紅.膜片聯(lián)軸器膜片應力計算及疲勞壽命分析[J].機械科學與技術(shù),2000,19(2):203206.

    [3]申屠留芳,張相炎.關(guān)節(jié)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)最優(yōu)設計[J].中國機械工程,2003,14(19):16371639.

    [4]Shentu Liufang,Zhang Xiangyan.The Optimal Design of Structure of a Joint Flexible Laminated Membrane Coupling[J].China Mechanical Engineering,2003,14(19):16371639.

    [5]王亮申,鄭雷,鄭紅霞,侯杰.有補片的膜片聯(lián)軸器創(chuàng)新設計[J].中國機械工程,2011,22(2):170173.

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