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重载十字轴式万向联轴器的运动仿真及结构优化

作　者: 贾敬平
导　师: 陈科
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 十字轴 万向联轴器 运动仿真 结构优化
分类号: TH133.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


重载十字轴式万向联轴器是轧钢机主传动系统中的核心部件,由两个十字轴式万向节串联而成,其功能是将电动机输出的扭矩传递到轧辊上。大型轧钢设备的重载十字轴式万向联轴器服役条件极端恶劣,作业过程中受到冲击载荷以及温度场、压力场等多场耦合作用,装备在工作时承受很大的突变载荷,而且在较高的轧制速度下,仍要保证非常高的传动精度,以确保轧制的板带钢的厚度精度。同时,重载十字轴式万向联轴器也是薄弱部件,一旦发生失效,整条轧钢生产线就会停顿,给企业造成重大损失。联轴器的设计和制造的质量,对整个轧钢机主传动系统、甚至整条轧钢生产线能否正常运行,起着十分重要的作用。本文运用CAD软件对重载十字轴式万向联轴器进行几何建模,对十字轴式联轴器进行了结构分析、受力分析以及运动分析。在运动仿真软件中对其工作状况进行了运动仿真,获得了在实际工况下重载十字轴式万向联轴器的运动学性能参数,为重载十字轴式万向联轴器的设计奠定基础。利用有限元分析基本原理,利用ANSYS Workbench对重载十字轴式万向联轴器整体进行了静力学分析,对中间接轴进行了拓扑优化。整体静力学分析模拟了重载十字轴式万向联轴器在实际运行中的应力状况,找出了导致其失效的薄弱环节为十字轴,得出十字轴的应力幅值,并对十字轴进行了结构优化分析与优化结果验证。同时对优化前后的十字轴进行了疲劳分析,得出疲劳云图和损伤云图,优化后的十字轴疲劳寿命有明显提高,损伤明显降低。中间接轴拓扑优化在满足中间接轴强度、刚度条件下,显著的降低了接轴质量,提升了重载十字轴式万向联轴器的设计质量。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-13
第一章 绪论  13-19
  1.1 引言  13
  1.2 课题来源  13-14
  1.3 课题研究的目的与意义  14-15
    1.3.1 课题研究的目的  14
    1.3.2 课题研究的意义  14-15
  1.4 国内外研究与应用概况  15-18
  1.5 本文的主要研究内容  18-19
第二章 万向节联轴器设计理论  19-34
  2.1 虎克万向节  19
  2.2 虎克万向节传输旋转运动的理论  19-23
    2.2.1 单万向节传递运动的不均匀性  19-21
    2.2.2 双联十字轴万向节等角速传动理论  21-23
  2.3 万向节设计理论  23-29
    2.3.1 万向节联轴器概述  23-24
    2.3.2 万向节的分类  24-26
    2.3.3 十字轴式万向联轴器的受力分析  26-27
    2.3.4 十字轴式万向联轴器的设计计算  27-29
  2.4 重载十字轴式万向联轴器的工况分析  29-31
  2.5 重载十字轴式万向联轴器失效分析  31-33
    2.5.1 重载十字轴式万向联轴器的主要失效形式  31-32
    2.5.2 万向传动轴的使用寿命  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章 重载十字轴式万向联轴器运动分析与仿真  34-50
  3.1 重载十字轴式万向联轴器的结构  34-35
  3.2 重载十字轴式万向联轴器的三维建模  35-40
    3.2.1 十字轴的建模过程  35-37
    3.2.2 重载十字轴式万向联轴器零件建模  37-39
    3.2.3 重载十字轴式万向联轴器总体装配  39-40
  3.3 单十字轴式万向节的运动分析  40-43
  3.4 重载十字轴式万向联轴器的运动仿真  43-49
    3.4.1 运动分析的意义  43-44
    3.4.2 运动副的创建  44-45
    3.4.3 驱动命令的建立  45
    3.4.4 速度传感器的添加  45-47
    3.4.5 传感器分析输出  47-48
    3.4.6 运动干涉分析  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章 重载十字轴式万向联轴器力学分析与结构优化  50-64
  4.1 有限元法与ANSYS  50-52
    4.1.1 线性静力学分析  50-51
    4.1.2 疲劳分析基础  51-52
    4.1.3 模型的简化  52
  4.2 重载十字轴式万向联轴器的整体静力分析  52-54
  4.3 十字轴的静力分析与结构优化  54-61
    4.3.1 十字轴加工现有技术与不足  55
    4.3.2 十字轴结构优化方案与技术路线  55-58
    4.3.3 十字轴的静力分析与疲劳分析  58-61
    4.3.4 十字轴优化结果  61
  4.4 接轴的拓扑优化  61-62
  4.5 本章小结  62-64
第五章 总结与展望  64-66
  5.1 论文总结  64
  5.2 工作展望  64-66
参考文献  66-68

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 转动机件 > 联轴器、离合器
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