矫直机万向联轴器的断裂研究及仿真优化

发布时间：2017-08-05 16:32

  本文关键词：矫直机万向联轴器的断裂研究及仿真优化

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【摘要】：辊式矫直机的主传动系统是矫直机整个系统中最重要也是最薄弱的环节,它将主电机的运动和力矩传递给矫直辊。矫直机主传动系统普遍采用电机、减速齿轮分配箱、安全联轴器、万向联轴器到矫直辊的传动方式。其中万向联轴器是传递运动和力矩的关键部件,同时也是主传动系统中最危险的环节,是矫直机故障最为频繁的部位。本文以某矫直机的万向联轴器作为研究对象,从内因和外因两方面入手,对其进行了综合分析。主要研究内容如下:(1)对矫直模型进行扭矩分析,建立矫直扭矩计算模型,通过有限元仿真分析矫直辊磨损对矫直扭矩的影响。提出改善扭矩分配不均的措施,进而改善万向联轴器的受力状况;(2)利用有限元方法对万向联轴器进行静力分析,得出不同工作角度下,应力值及受力最大值部位的变化情况。由此得出在万向联轴器静力分析中考虑工作角度的必要性;(3)利用ANSYS模态分析功能,求出万向联轴器前10阶振型与固有频率。首先根据不同工作角度下得到的固有频率值的变化情况来确定工作角度与万向联轴器模态的关系,然后通过进一步求得的临界转速与实际工作转速进行对比,确定十字轴式万向联轴器能否平稳运转,即确定共振是否为万向联轴器发生断裂事故的原因;(4)根据静力分析和模态分析结果,找到万向联轴器发生断裂事故的原因。针对断裂原因对万向联轴器进行优化,并将优化前后的受力情况进行对比;(5)利用有限元软件对优化前后万向联轴器进行寿命分析,对比其疲劳寿命、安全系数以及疲劳敏感系数值,从而确定最佳的优化方式。
【关键词】：万向联轴器 有限元法 扭矩分析 模态分析 结构优化 疲劳分析
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG333.23
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 万向联轴器静力学研究12-13
• 1.2.2 万向联轴器动力学研究13-14
• 1.2.3 有限元参数化优化设计14-15
• 1.2.4 疲劳寿命研究15-16
• 1.3 课题研究目的及意义16
• 1.4 课题主要研究内容16-18
• 第2章 矫直机的扭矩分析18-27
• 2.1 课题来源18-19
• 2.2 矫直扭矩的理论计算方法19-21
• 2.2.1 矫直驱动扭矩模型的建立19-20
• 2.2.2 钢板滚动摩擦扭矩模型的建立20
• 2.2.3 矫直辊轴承摩擦扭矩模型的建立20-21
• 2.2.4 矫直扭矩模型的建立21
• 2.3 矫直辊传动方式对比21
• 2.4 矫直扭矩的模拟仿真21-23
• 2.5 模拟结果分析23-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 万向联轴器整体的有限元分析27-38
• 3.1 有限元简介27-29
• 3.1.1 有限元法的基本概念27
• 3.1.2 有限元法的基本思想27-28
• 3.1.3 有限元法的基本流程28
• 3.1.4 有限元软件ANSYS Workbench简介28-29
• 3.2 万向联轴器整体的静力学分析29-33
• 3.3 静力仿真结果分析33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 万向联轴器整体的模态分析38-48
• 4.1 模态分析的基本理论38-39
• 4.2 临界转速39-40
• 4.3 万向联轴器整体的模态分析40-41
• 4.4 模态仿真结果分析41-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 十字轴的结构优化48-56
• 5.1 优化设计概述48-49
• 5.2 万向联轴器的优化分析49-53
• 5.2.1 设计变量的选取50
• 5.2.2 十字轴的结构优化50-53
• 5.3 优化仿真结果分析53-54
• 5.4 十字轴的材料优化54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第6章 十字轴的疲劳寿命分析56-67
• 6.1 疲劳分析的基本理论56-57
• 6.1.1 静疲劳理论56
• 6.1.2 振动疲劳理论56
• 6.1.3 疲劳寿命56-57
• 6.2 材料的S-N曲线57
• 6.3 十字轴疲劳分析57-60
• 6.3.1 材料S-N曲线的确定58-59
• 6.3.2 相关参数的设置59-60
• 6.4 疲劳仿真结果分析60-66
• 6.5 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73

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本文编号：625872