重载万向联轴器十字轴的疲劳分析及结构优化

发布时间：2017-11-20 03:24

本文关键词：重载万向联轴器十字轴的疲劳分析及结构优化

【摘要】：本文以重载十字万向联轴器的十字轴为研究对象，，利用动力学理论、疲劳强度理论、断裂力学理论以及弹塑性理论等，并综合运用CAE技术和正交试验设计原理对重载十字轴式万向联轴器的十字轴进行疲劳分析和结构优化。主要研究内容如下： (1)利用有限元软件MSC.Patran和MSC.Nastran对联轴器的万向节组件进行了非线性静力分析，获得万向节相关零部件的应力分布情况。根据分析结果可知，万向节中应力最大的部位位于十字轴的圆弧过渡处，最大等效应力为693MPa。根据分析结果判定十字轴发生了疲劳破坏，故应对十字轴进行疲劳分析。 (2)运用CAE技术，对十字轴进行模态分析，得到十字轴的前20阶固有频率及其固有振型。十字轴的前六阶模态为刚性模态，其第七阶的固有频率为1326.7Hz，工作过程中不会发生共振。因此，十字轴整体结构比较合理，满足设计要求。模态分析获得的模态信息是后续十字轴疲劳分析的基础。 (3)根据联轴器的实际工作状况的测试数据，并结合十字轴模态分析获得的模态中性文件，运用MSC.Adams软件对重载十字万向联轴器进行刚柔耦合建模及仿真。经过刚柔耦合分析，获得了十字轴的模态载荷谱文件，这些载荷谱文件能够为十字轴的疲劳分析提供必要的工况信息。 (4)采用失效分析技术，对断裂的十字轴进行断口分析和金相分析，进一步研究了十字轴的断裂与疲劳的关系。采用名义应力法，结合十字轴的模态信息和工况信息，利用疲劳分析软件MSC.Fatigu e对十字轴进行疲劳分析，预测十字轴的疲劳寿命。预测的寿命与十字轴的设计寿命基本一致。根据正交实验设计的基本原理，对十字轴关键结构参数进行局部范围的优化。优化后十字轴的最大应力降低了8.4%，疲劳寿命提高了9.7%。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.4

【参考文献】

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1 曹远锋,邹家祥,臧勇,朱红一,郑学民,韩万江,刘光复;2800mm中板轧机十字式万向轴断裂研究与设计[J];钢铁;2001年07期

2 张向阳;张显;李友荣;;基于有限元分析的万向联轴器十字轴优化设计[J];湖北工业大学学报;2007年04期

3 柯尊忠,张宏梅,黄康,王卫荣;无螺栓十字轴万向联轴器结构形状优化设计[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2000年01期

4 赵利欣;赵海员;;大型重载十字轴式万向联轴器等强度设计研究[J];河南机电高等专科学校学报;2009年03期

5 张林波;黄鹏程;柳杨;瞿元;;基于模态应力恢复的有限元疲劳分析法[J];计算机辅助工程;2006年S1期

6 杨文志;郭伟超;;十字轴式万向联轴器辊端叉头有限元分析[J];机械传动;2011年02期

7 晋萍;仝基斌;谢能刚;;SWL型十字轴万向联轴器一体化设计及仿真[J];机械工程师;2007年02期

8 张健;俞学升;;万向联轴器的故障分析与改进[J];机械工程师;2010年10期

9 臧勇;滑块式万向接轴的强度和结构分析[J];机械设计;2000年12期

10 朱广宏,张利明,郁勇;轧机万向接轴中间法兰断裂分析[J];机械;2001年06期