环槽式万向联轴器多体动力学分析及仿真

发布时间：2020-07-12 09:49

【摘要】：环槽式双万向联轴器是螺杆泵的重要动力传输部件,目前我国基本依赖进口,国内的设计手册中尚无相应的设计和计算方法。本文的研究为该联轴器的设计、使用提供了理论依据,具有重要的理论与实用价值。根据空间机构的理论对环槽式万向联轴器进行机构分析,推导出基本运动规律、中间轴的载荷规律以及联轴器的效率公式。基于ANSYS软件建立了中间轴的有限元模型,提出了中间轴的余弦规律的力学模型,根据中间轴的载荷规律使用ANSYS的APDL语言编程加载,进行了结构瞬态动力学分析,并与静力分析结果比较,得出中间轴的应力变化规律。基于虚拟样机技术,采用多体动力学分析软件virtual.Lab建立了双联轴器多刚体系统虚拟样机,进行了运动学、动力学分析仿真,通过与理论值相比较,验证了多刚体虚拟样机的正确性。在多刚体模型的基础上对中间轴进行柔性化处理,建立联轴器的刚柔耦合模型,进行其动力学分析及仿真,考察了联轴器的工作性能,得到了中间轴的动力学响应,并与结构瞬态动力学计算结构作了分析比较。根据刚柔耦合分析得到的应力—时间历程结果,基于virtual.lab的疲劳分析模块进行了中间轴的疲劳分析,得到了中间轴疲劳损伤区域以及疲劳寿命。常规的结构动力学分析方法将中间轴单独从联轴器系统中分离出来,简化后进行计算,计算结果和实际有一定差距。本文考虑到中间轴的柔性变形,首次对联轴器进行刚柔耦合分析,使中间轴的动力学计算更贴近实际,对该类联轴器的分析研究做了有益的探索。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH133.4
【图文】：

弯曲振动,求解器,模态,柔性体

网格信息自动将中间轴刚体模型替换成有限元模型，如图6.2所示，并在刚性区域的中心节点处生成对应的工nterface点(界面点)。同时软件自动对中间轴的有限元模型进行更新，刚性区域中心也生成了工nterface点，如图6.1所示。通过使用Jnterface点，可以传递与该柔性体相邻构件的运动和力矩，同时将边界条件信息施加到柔性体上，为求解Craig_Bampton模态做好准备。图.62联轴器刚柔祸合图vjrtual.Lab要借助其他有限元求解器求解Craig_Bmapton模态。它与有限元分析软件Nastrna、AnsyS都有很好的接口，可以直接将模型信息导入其他求解器中计算Craig_BamPno模态，然后再将结果读入Virtual二Lba中进行后续分析。本文利用Nastrna求解器求解中间轴的Cargi_Bmaptno模态。在Virtual.Lab/Motion/FlexibleBodyDesign中先引入一个关于Nastran求解器的Craig_Bampton模态计算模块，把工nterface点引入该计算模态，这样，包在Interface点中的边界信息也被传递了进来。定义好需要求解的阶数后，便可进行Crai歇Bampton模态的计算。在保证计算精度的同时考虑到计算量的大小因素

云图,风力,云图,仿真时间

这与理论分析是一致的。仿真时间为0.455时的联轴器刚柔祸合虚拟样机如图6.15所示。图6.巧仿真时间为.0455时的联轴器刚柔祸合虚拟样机经过比较计算，在第430步时节点的应力最大，此时仿真时间为0.4305，最大应力为54.gMPa，最大节点为46。图6.16为第430步时中间轴节点应力云图，图中红色标记指向的位置为最大应力位置。可以看出，最大应力出现在叉头的内侧边缘的尖角处。图6.泊甲{日J釉风力云图中间轴所用材料为40Cr，其力学性能为:气二90OMPa，。、=758MPa

云图,应力云图,疲劳失效

图7.6疲劳分析组图云图可以看出，中间轴的疲劳失效主要发生在受部分均没有疲劳失效，而且整个中间轴没有发生静头部分为直接接触受力的位置，在运转中除了受到加的弯矩以及摩擦阻力矩，受力比较复杂，从结构，尤其在叉头内侧，由于配合间隙的存在，使得该所以容易出现疲劳损伤。祸合分析结果(图.77)来看，其应力最大的部位出劳分析中显示的疲劳损伤也大都出现在尖角的周围。

【引证文献】