大撓度彈性聯軸器試驗臺機座的靜態應力分析

張進春， 龔憲生，岳秋琴，謝光輝

（1. 重慶電子工程職業學院，重慶 401331； 2. 重慶大學 機械工程學院，重慶 400044）

大撓度彈性聯軸器試驗臺機座的靜態應力分析

張進春1,2， 龔憲生2，岳秋琴1，謝光輝1

（1. 重慶電子工程職業學院，重慶 401331； 2. 重慶大學 機械工程學院，重慶 400044）

0 引 言

彈性聯軸器在工程中有著廣泛的應用。它的突出性能——緩沖和減振對機械系統有著至關的重要性，傳遞功率、調整系統固有頻率和補償兩軸的不對中。當使用在發生扭轉振動的裝置中時，具有緩沖、減振的功能，并能根據不同的軸系配置，采用不同特性參數的聯軸器，使之達到最佳的減振降噪效果。

為了能夠準確地對傳動軸系進行扭轉振動分析，并在實際傳動系統中選擇正確的彈性聯軸器，其關鍵之一就是必須掌握彈性聯軸器的有關特性參數，主要包括動態扭轉剛度和動態阻尼系數。在通常情況下獲取彈性聯軸器動態特性參數的有效途徑是在試驗臺上進行試驗分析得出。試驗臺的機座是試驗臺的關鍵部件，它的承載能力決定著試驗臺的最大試驗范圍及實驗數據的精確度，為了確保其可靠性，必須對其進行應力分析。本文給出應用SolidWorks 中的插件COSMOSWorks對大撓度彈性聯軸器試驗臺機座進行靜態受力分析的方法及結果。

1 采用SolidWorks進行三維建模及零件的狀態描述

根據試驗臺的總體設計方案及設備所要求的參數。在三維CAD軟件SolidWorks平臺下進行建模。材料為鑄造碳鋼。其三維立體圖見圖1。

試驗臺相關技術指標要求：

1）振動頻率5-20hz

2）振幅:±20°

3）最大轉矩（平動+變動）：30knm

根據設計要求，通過軸承軸承座將承受40T的軸向力，花鍵槽將承受30KN.M的扭矩。

2 靜態應力分析

1）在SolidWorks環境下啟動COSMOSWorks。

2）創建算例并指定研究類型為靜態。

3）設定零件材料。設定材料屬性為鑄造碳鋼，其各項性能指標如表1所示。

表1 材料性能

4）施加約束與載荷（如圖1所示）

在工作過程中，機座是通過底座上的四個螺栓孔進行固定的，故在底座的四個螺栓孔上添加固定制約；機座軸承肩最大將承受40T的壓力，通過SolidWorks的分析功能得到軸肩的面積，計算得到軸肩的受力為3.67e7 N/m2，考慮到使用中的實際情況及可能的安裝誤差造成的受力情況改變，故在此施加4.0e7 N/m2的壓力以應對突發性的過載情況；在花鍵槽的四個槽上均勻分布力矩30KN.m。

圖1 約束與載荷

5）網格劃分

采用高品質實體單元類型進行網格劃分，設置好參數后選擇確定，系統開始自動進行網格劃分（如圖2所示）, 單元數目為15620，節點數目為26225。

圖2 網格劃分

6）網格劃分好后采用FFE解算器進行解算。

3 結果分析

3.1 位移分析

通過圖3可以看出在軸承座的頂端最大位移有7.053e-4m，但通過圖4可看出其變形方向朝向花鍵槽方向，對輸出結果沒多大影響，可以不考慮。重點考慮花鍵部分的位移，最大位移量5.290e-4m，此處直徑330mm，產生的角度位移為：

不會對實驗結果產生大的影響。故從變形位移的角度考慮，機座是滿足設計要求的。

3.2 應力、安全系數分析

圖3 位移圖解

圖4 變形圖解

通過圖5可以看出在底座的螺栓孔邊緣產生最大應力4.95e+008 N/m2，而材料的屈服強度為2.2059e+008 N/m2，故在此會產生塑形變形。通過圖6的安全系數分析看出最小安全系數5.012e-1。故從應力及安全系數方面考慮，機座存在一定問題，要通過措施解決來減小應力、提高安全系數。

圖5 應力圖解

圖6 安全系數圖解

3.3 解決措施

我們將底座孔的數量增加兩個，底座加厚30mm，螺栓孔尺寸從25mm增加到28mm，再進行分析，得到如圖7所示應力圖和圖8所示安全系數圖。由圖中可以看出最大應力減小為1.896e+008 N/m2，小于材料屈服強度；最小安全系數1.309，符合安全條件，解決措施有效。

圖7 應力圖解

圖8 安全系數圖解

4 結論

隨著計算機技術的不斷發展，工業創新設計也越來越多地采用計算機軟件來實現。本文以大撓度彈性聯軸器試驗臺的機座為研究對象，利用SolidWorks的COSMOSworks模塊對其靜態應力進行有限元分析，校核其機座強度，并給出減小應力、提高安全系數的有效措施，以提高機座的可靠性，為進一步優化設計提供了重要的指導。實踐證明，該方法較其他有限元軟件簡單實用，大大提高工作效率。

[1]SOLIDWorks機械設計院.SOLIDWorks 2007高級設計[M].北京:人民郵電出版社,2008.

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[4]裴均曄.基于COSMOSWorks下的靜態應力分析[J].機械管理開發.2008,(8):168-169.

Analysis of static stress based on highly flexible shaft coupling test bench

ZHANG Jin-chun1,2, GONG Xian-sheng2, YUE Qiu-qin1, XIE Guang-hui1

彈性聯軸器試驗臺的機座是試驗臺的關鍵部件，它的承載能力決定著試驗臺的最大試驗范圍及試驗數據的精確度，為了確保其可靠性，必須對其靜態應力進行分析。本文以大撓度彈性聯軸器試驗臺的機座為研究對象，應用SolidWorks中的插件COSMOSWorks 對其進行靜態應力分析，校核機座強度，并給出減小應力、提高安全系數的有效措施，以提高機座的可靠性。實踐證明，該方法較其他有限元軟件簡單實用，大大提高工作效率。

彈性聯軸器；試驗臺機座；靜態應力；SolidWorks；COSMOSWorks

張進春（1971－），男，四川人，副教授，碩士，主要從事機械設計與制造、CAD/CAM/CAE等領域的教學及研究工作。

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10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.47

2010-01-27