无螺栓十字轴万向联轴器结构形状优化设计

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1、f}々．．}，，ll维普资讯http://www.cqvip.com235／9-12000年2月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYFeb．2000无螺栓十字轴万向联轴器结构形状优化设计柯一忠，康，王卫荣丁∞-安徽台肥230009)摘要：文章轧钢机上的无螺栓十字轴万向联轴器为倒．建立三维有限元分析摸型，井进行静力分析、找出卫头的应力集中区和最大应力值。为了使丑头的每大应力减小，提高丑头强度及结构的工艺性．对卫头的内轮廓进行形状优化设计．据出了一种简单的圆弧一直线一圆孤型的曲线来作理为叉共的内轮廓曲线井利用复

2、台形法进行优化设计．碍副最优的叉头结构参数．黄一关键词：万向联轴器业墨鏖毛当辁f雩中田分类号：TH133．4文献标识码：A文章编号{1003—5060(2000)01—0091·04Optimumshapedesignoftheforkofnon-screwuniversalcouplingKEZun—zhong，ZHANGHong—mei，HUANGKang，WANGWei—rong(SchoolofMechanicalandAutomobileEngineering．HeiUniversity0Technology1Hefei230009

3、·China)Abstract{Inthispaper，3-Dfiniteelementmodeloftheforkofnonscrewuniversalcouplingofrollingmillisconstructed．Thestaticcharacteristicoftheforkisanalyzed，anditsgreateststresspointisfoundout．Inordertolowerthegreateststressofthefork，raiseitsintensityandimproveitstechno—logic

4、alfunction，theoptimumshapedesignoftheinternaloutlineoftheforkisconducted，andtheoldcomplexcurveissubstitutedwithssimplecurvewhichcanbedescribedas“arc—line—arc”．Usingthemethodofcomplexform，theoptimumstructureoftheforkisobtained．Keywords：non—screwuniversalcoupling；shapeoptimum

5、design；greatestStress轧钢机等大型机械设备上用的十字轴万向联轴器通常有两种结构形式：一种称分离式十字轴万向联轴器，其结构形式是联轴器叉头由分离的轴承盖与轴承座用螺栓连接，这种形式的结构，在冲击载荷作用下，螺栓容易松动和断裂，而且螺栓占用了空间，许用倾角小，限制了联轴器的适用范围。另一种称整体式无螺栓十字轴万向联轴器，其结构形式是采用整体叉头，无螺栓，弥补了前者的不足，但其自身也有缺点，由于叉头孔增大造成叉头根部强度减弱，叉头的内轮廓为复杂曲面，制造及装配困难等。文章将利用三维有限元法对叉头整体结构进行分析，寻找最大应力和最

6、大应力点，然后，以最大应力最小为目标，寻求简单的几何曲面来代替原来的复杂曲面。收罄日期：1999．11．18怍者哺介；柯尊忠(194o一)．男，旨肥工业大学教授，博士生导师维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com-J■一第l期柯尊忠，等：无螺拴十字轴万向联轴器结构形状优化设计93上。计算结果和现场情况一致。寰2最大应力信息2整体叉头的形状优化设计2．1内轮廓曲线的选取及曲线方程结构的形状优化设计又称结构应力优化设计，其实质是用改变结构形状参数的方法，达到改变应力分布状态，减小最大应力。叉

7、头的内轮廓形状非常复杂，工艺性很差，而且原结构根部最大应力偏大，结构的形状优化设计的目的是希望设计一种新的轮廓曲线代替原来的内轮廓曲线，在不影响万向联轴器的使用性能，不加大叉头整体尺寸，满足装配要求的前提下，降低最大应力，提高制造工艺性。考虑到“圆弧一直线一圆弧”为常见的几何线形，数学描述简单，加工容易，故采用“圆弧一直线一圆弧”作为母线，沿z轴拉伸构成叉头内轮廓曲面。为不加大叉头整体尺寸，外轮廓仍然采用原来形状。参照原轮廓形状，选用的。圆弧一直线一圆弧”线形如图4所示。图中的坐标系仍为原坐标系，整条线形用ettt3t扣表示，其中，et、t2

8、t5、‘6为3条直线，ft13t为2条圆弧，其圆心为0，0z，圆心坐标分别为(01，。I)，(，Yoz)，半径分别为rl，r2。原万向联轴器的最高点的y坐标为329