基于接触理论的法兰式液压联轴器结构强度分析-论文.pdf

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1、第43卷第4期船海工程Vo1．43No．42014年8月SHIP&OCEANENGINEERINGAug．2014DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2014．04．038基于接触理论的法兰式液压联轴器结构强度分析邵勇，周建辉，孙俊洋，叶晓明(1．中国舰船研究设计中心，武汉430064；2．华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074)摘要：为了对某型船用液压联轴器进行改进设计，基于非线性接触理论，建立该型船用法兰式液压联轴器接触有限元分析模型，分别对其装配过程及最大负载工况进行结构强度分析，计算得到各工况下联轴器的应力分

2、布。计算结果表明，该液压联轴器结构强度满足设计要求，但在外套内孔法兰端尖角处出现应力集中的现象。关键词：液压联轴器；接触；应力；装配过程；扭矩中图分类号：U664．21文献标志码：A文章编号：1671-7953(2014)04-0150-04船用液压联轴器具有结构简单、加工便利、装液压联轴器安装时利用径向油压，使外套和拆方便等优点，可避免因采用键槽而对零件强度内套均产生弹性变形(外套扩大，内套收缩)。在产生的削弱，且传递转矩大、对中性好，目前在造轴向油压推动下，外套逐渐向锥面大端移动。当船工业中得到了越来越广泛的应用L1J。相对于外套到达设计位置后

3、，释放径向油压，因接触面间西方国家，我国对液压联轴器技术的研究开始较的几何过盈配合致使外套、内套和传动轴三者相晚。已开展的液压联轴器强度计算研究也以理论互抱紧。工作时依靠过盈配合面间的摩擦力传递公式计算居多。随着舰船轴系机械加工精度和性传动轴的转矩。能要求的提高，在设计阶段就需要获得液压联轴2接触基础理论器各种工作参数，以指导设计。接触分析属于强几何非线性问题，在计算过1液压联轴器工作原理程中会发生大量迭代。大多数接触问题需要考虑常用的液压联轴器一般分为套筒式和法兰摩擦，而摩擦使接触问题的收敛性变得更加困难。式，两者工作原理相同。液压联轴器核心部件

4、都一般接触问题的求解是一个反复迭代的过程。首由两个钢制套管组成，一个较厚的外套和一个较先，需要假定一种可能的接触状态，然后带人定解薄的内套，见图1。内套外表面和外套内表面沿条件，得到接触点的接触应力和应变，判断是否满轴向具有相足接触条件。如果不满足接触条件，修改接触点的状态重新计算，直到所有接触点满足接触条件为止。计算流程见图2。团歪巫习堕离-—广l——广lt内套；2一外套；3一活塞图1液压联轴器结构组成互I收稿日期：2014—02—24修回日期：2014—03—26i第一作者简介：邵勇(1987一)，男，硕士，助理工程师图2接触计算流程研究方向：

5、船舶动力装置设计与研究E-mail：shaoyongl111@163．com根据液压联轴器工作原理可知，液压联轴器150基于接触理论的法兰式液压联轴器结构强度分析——邵勇，周建辉，孙俊洋，叶晓明工作状态下存在多个面同时发生接触的现象。因维几何模型单独进行有限元网格划分。网格单元此，需采取合理的建模方法使接触面问的接触关采用CGAX4二维轴对称四边形单元。网格划分系较快地建立起来，以保证计算的收敛性。具体好后，再根据液压联轴器各部件之间的装配关系，方法包括：在建立接触过程中施加临时边界条件；将外套、内套及传动轴网格进行装配。最终获得施加微小位移使接触

6、关系平缓建立；分步建立接液压联轴器装配体二维有限元模型。整个计算模触关系等。型单元数为48268，节点数为49670，见图5。3数值建模3．1几何建模以某型船用法兰式液压联轴器为分析对象，对其结构强度进行研究。法兰式液压联轴器几何结构具有轴对称特性，见图3。图5液压联轴器二维有限元模型3．3边界条件对液压联轴器装配过程及最大负载工况下的结构强度进行校核。因此，根据分析工况的不同，需定义不同的边界条件。1)装配过程。装配过程初始时刻，内外套刚刚发生接触。约束轴和内套的轴向位移，外套内表面与内套外表面之间、内套内表面与轴之间定义接触关系。在外套法兰端面

7、施加移动边界，使其向内套大端移动到设计位置，共移动35mm。为了使接触平缓建立，每个分析步外套只移动1mm。图3法兰式液压联轴器几何结构示意在安装过程中，内外套承受使内套收缩外套为了提高计算精度，降低计算成本，采用轴对扩张的110MPa径向油压和使外套发生轴向位移称模型进行数值模拟。液压联轴器及传动轴二维的20MPa轴向油压。在安装过程中这些油压以轴对称几何模型见图4。均布压力作用在内外套的表面。2)最大负载工况。该液压联轴器最大负载工况下，同时承受扭矩和轴向推力。计算模型中在外套与内套接触面、内套与传动轴接触表面之间定义过盈配合关系。转矩采用建立

8、参考点的方法施加在轴端，轴向推力根据轴端面积等效为压强作用在端面，且施加扭矩时同定外套法兰面。4材料属性及计算工况液压联轴