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滑块式万向接轴的结构强度分析

发布于:2016-05-18 18:33
强度分析

      滑块式万向接轴广泛应用于大扭矩及较大倾角的轧钢机主传动中,它的破坏将直接引起轧机的停产,因此,有必要对万向接轴进行准确的强度分析。前苏联学者曼叶洛维奇最先对滑块式万向接轴进行了系统的分析研究并结合试验导出基于材料力学的计算方法,由于其截面形状以及接触压力的复杂性,在研究中作了许多假设及简化,其计算结果与实际情况会相差较大。
      90年代以来,随着计算力学与计算机技术的进步,采用有限元方法进行万向接轴强度分析,并取得许多成果。文献认为在同样的条件下有限元分析结果与前者相比差别较大但更为精确。必须指出,对万向接轴进行强度分析不管是基于材料力学还是有限元法大都是以零件作为分析对象的,同时在接触面上按照假设的如三角形压力分布进行加载。对叉头、扁头分别建模和进行应力分析,由于滑块与叉头、扁头的接触问题是一种高度非线性行为,按照三角形压力分布的假设加载或是在叉、扁头受力位置加弹性边界元都难以准确反映零部件的实际受力情况,由于实际接触状态与假设不一致导致计算结果与实际有一定的差距。因此,探讨更为精确的建模及分析方法对万向接轴进行准确的应力分析就显得更为重要。
      本研究采用ANSYS有限元App对万向接轴进行整体建模与分析,利用其内嵌的APDL语言进行参数化设计,对于不同工况如几何形状、尺寸、载荷、倾角均以参数形式输入。对其中的叉头一滑块一扁头之问的接触区进行特别处理,并采用在接轴上施加扭矩的加载方法对滑块式万向接轴在不同参数卜进行整体的有限元应力分析。由于整个分析假设条件少,与实际更为吻合,计算结果准确度高,可作为工程上对现有的万向接轴设计、强度分析及结构优化的依据。
      采用自底向上的建模方式对万向接轴组成零件:扁头、叉头、铜滑块及小方轴进行了整体建模,由于万向接轴形状比较复杂,为避免有限元分析的复杂化,对万向接轴的一些局部如油孔)进行了简化。对万向接轴的叉头一滑块-扁头之问采用面对面接触处理,这就与实际情况较为相符。考虑到实际工况中扁头与叉头可能存在有倾角,在建模时必须采用不同的座标系,两个座标系之问沿小方轴的轴向(y轴)转动a角。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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