柱销联轴器的有限元分析及优化设计.pdf

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1、柱销联轴器的有限元分析及优化设计张媛刘超郭忠瑞滕青孜朱小平李刚苑振光1山东科技大学机电学院青岛2665102力博重工科技股份有限公司泰安271000摘要：利用有限元分析软件建立了柱销半联轴器的三维模型，对其进行了有限元静力学分析，得出柱销联轴器的受力和变形情况。依据有限元的计算结果，采用目标驱动优化方法，以质量为优化目标对柱销半联轴器进行了优化设计，优化后质量减轻27．14％，为柱销联轴器的设计提供了参考。关键词：柱销联轴器；静力学；目标驱动；优化设计中图分类号：TH133．4文献标识码：A文章编号

2、：1001—0785(2014)01—0027一O3Abstract-Thefiniteelementanalysissoftwareisemployedtobuild3Dmodelforpinhalf-coupling，inordertoper—formfiniteelementstaticsanalysis，andworkoutthestressanddeformationconditionsofpincoupling．Accordingtothecalculationresultsoffini

3、teelement，theoptimaldesignismadewiththetargetdriveoptimalmethod，withthemassasopti—realtarget．Themassofoptimizedpincouplinghasreducedby27．14％．Thisresultprovidesreferencefordesignofpincouplings．Keywords：pincoupling；statics；targetdrive；optimaldesign柱销联轴器因

4、结构简单、合理，维修方便，分网格。图1为半联轴器的有限元模型。具有缓冲、减振、耐磨等性能而被广泛应用。在实际工作中，设计者往往根据经验来确定柱销联轴器的相关参数，安全系数一般取值较大，造成了材料的浪费。本文以HL7柱销联轴器为例，应@o用AnsysWorkbench13．0软件对其进行三维实体建(a)(b模和有限元静力学分析，并以联轴器的受力和变(a)三维模型(b)网格划分后的模型形结果为依据，在AnsysWorkbenchl3．O／DX中以图1半联轴器的有限元模型质量为优化目标对该半联轴器进行了优

5、化设计，不仅减轻了联轴器的质量，节约了成本，而且改2有限元计算分析善了联轴器的使用性能。HL7柱销联轴器由45号钢制成，材料的弹性1有限元建模模量E=2．09x10“Pa，泊松比=0．269，密度P=7．81x10k#m，屈服强度=335MPa。半联因联轴器的2个部分对称可互换，这里只取轴器承受轴作用在键槽和套简处的扭矩和12个柱半个联轴器进行分析。HL7柱销联轴器的原始几销对柱销孔的反作用扭矩。在实际工作中，联轴何参数：半联轴器的长度L=170mill，孔径d=器是转动的，且受冲击力的作用，但由于

6、柱销的90n3_m，套筒外径d=160mm，圆盘外径D=320存在，联轴器承受的冲击有限，故这里只对联轴ITIm，厚度b=35mm，柱销孔分布圆直径D=260器某时刻做静力学分析¨j。在联轴器的圆盘外径mm，柱销个数凡=12，柱销直径d=30mm。该联上施加CylindricalSuppo~约束，定义外圆轴向和轴器的许用扭矩T=6300N·In。根据以上参数，径向固定，切向自由，在柱销孔处施加Displace-在AnsysWorkbench／DM中建立柱销半联轴器的有ment约束，定义z向自由，在键

7、槽处y向施加限元模型，采用自动划分网格的方法对联轴器划Pressure载荷，在许用扭矩T=6300N·m下，施《起重运输机械》2014(1)一27—加Pressure载荷P=114．38MPa。结果如图2体质量32．294kg。在满足联轴器轮毂截面扭转强所示。度和柱销间距的前提下，将设计变量套筒外径的范围设置为135～160mm，柱销直径的范围设置为3045mm。仿真运算得出的套筒外径、柱销直径与整体质量的关系分别如图3和图4。313029皿吲28皤2726圜0．069537M250．06181H0

8、o05408446358H0038632图3套筒外径与整体质量的关系0030905H00231790．0]5453(a)半联轴器的等效应力云图(b)半联轴器的整体变形云图图2等效应力云图和整体变形云图由图2可知，最大等效应力出现在输入轴的图4柱销直径与整体质量的关系键槽处，为107．61MPa，此外，键槽处和12个柱从图3和图4可以看出，套筒外径越大，整体销孔处的应力较集中。最大整体变形出现在联轴质量越大；柱销直径越大，质量越小，这与实际器套筒外缘，为0．069537