帶凸緣聯(lián)軸器振型的數(shù)值模擬

耿紅正 舒劍鋒 陳澤英

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡438002）

凸緣聯(lián)軸器也稱法蘭聯(lián)軸器[1]，是剛性聯(lián)軸器的一種，是機(jī)械傳動(dòng)中較典型的一種聯(lián)軸器；凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)軸的對(duì)中性較好，軸的剛性大，轉(zhuǎn)速較低時(shí)多采用凸緣聯(lián)軸器[2]。 凸緣聯(lián)軸器在使用過(guò)程中 不可避免會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這些振動(dòng)和噪聲不僅使工作環(huán)境變得惡劣， 有時(shí)還會(huì)影響機(jī)器的正常工作，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)果提前失效[3]。對(duì)聯(lián)軸器來(lái)說(shuō)，其振動(dòng)頻率如果達(dá)到其固有頻率時(shí)，其振動(dòng)幅度將大幅增大，嚴(yán)重時(shí)將直接導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞。研究凸緣聯(lián)軸器的各階頻率和振型，可以在實(shí)際中有效避免結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于共振頻率下工作，從而達(dá)到消除過(guò)度振動(dòng)和噪聲，防止結(jié)構(gòu)因共振而破壞的目的。

1 凸緣聯(lián)軸器模型

選取的凸緣聯(lián)軸器尺寸如圖1 二維圖所示，材料為35 號(hào)鋼，彈性模量E 為206GPa，泊松比μ 為0.3，密度ρ 為7800kg/m3。

該凸緣聯(lián)軸器為對(duì)稱模型，進(jìn)行有限元模擬計(jì)算時(shí)通常為了提高效率，可以取1/6 模型進(jìn)行模擬分析，但這里是研究其頻率和振型，取整個(gè)模型分析較好[4]，我們用catia 軟件建立其三維實(shí)體模型如圖1 三維圖所示，為后面分析作準(zhǔn)備。

圖1 凸緣聯(lián)軸器模型

2 凸緣聯(lián)軸器的有限元模擬

2.1 有限元分析流程如圖2 所示。

圖2 有限元分析流程圖

2.2 分析模型的建立及處理

將catia 建立好的帶凸緣聯(lián)軸器三維模型存儲(chǔ)為igs 格式，然后導(dǎo)入Abaqus 中。 按前面的數(shù)據(jù)設(shè)置材料屬性； 建立linear perturbation/frequency 分析步，這里分析前50 階頻率和振型。 根據(jù)其工作情況定義邊界條件，選擇隱式線性3D 應(yīng)力四面體單元，類型為C3D4，進(jìn)行網(wǎng)格劃分如圖3 所示。 然后進(jìn)行模擬求解。

圖3 聯(lián)軸器網(wǎng)格模型

2.3 模擬求解結(jié)果

2.3.1 模型的振型圖

這里顯示模型部分階振型圖，如圖4 所示。

圖4 各階振型圖

2.3.2 節(jié)點(diǎn)隨模態(tài)變化的位移曲線

這里討論節(jié)點(diǎn)303,節(jié)點(diǎn)161,節(jié)點(diǎn)3021,節(jié)點(diǎn)357,節(jié)點(diǎn)1508,節(jié)點(diǎn)71 節(jié)點(diǎn)六個(gè)節(jié)點(diǎn)隨模態(tài)變化的位移曲線，如圖5 所示。

3 結(jié)語(yǔ)

從振型及振型圖可以看出，凸緣聯(lián)軸器當(dāng)振動(dòng)頻率達(dá)到其固有頻率時(shí)，其振動(dòng)幅度將大幅增大，即我們常說(shuō)的共振，此時(shí)其振動(dòng)和噪聲也將增大，如果凸緣聯(lián)軸器長(zhǎng)期處于共振下工作還將直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞。因此對(duì)凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，掌握其各階頻率及振型，在實(shí)際應(yīng)用中盡量避免結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于共振頻率下工作可有效降低振動(dòng)和噪聲，也可避免結(jié)構(gòu)提前失效。

［1］朱兆亮.凸緣聯(lián)軸器三維有限元分析[J].內(nèi)江科技.2012，4，26.

［2］張燕霞.YL12 型凸緣聯(lián)軸器上連接螺栓的可靠性設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技，2011，4，252.

［3］戴麗玲.簡(jiǎn)支梁固有頻率與固有振型的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量與理論分析[J].昆明學(xué)院學(xué)報(bào)，2208，4：86-89.

［4］謝龍漢，劉新讓，劉文超.ANSYS 結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)分析[M].北京:電子工業(yè)出版社，2012：334-340.