搅拌机用鼓形齿联轴器的全齿有限元接触分析

摘要

鼓形齿联轴器由于其独特的鼓形结构使其具备优异的传动特性,能够补偿轴线间多方向相对位移误差(轴向位移,径向位移和角位移)，是大倾角、大变位、大力矩等恶劣工况下常用传动机构。尽管鼓形联轴器的相关研究开展较多，但实际应用中，在特殊工况下如玻璃工业搅拌机用鼓形齿联轴器，由于鼓形齿的受力状态是一个多齿接触,非线性问题,传统的计算模型与工程实际存在较大的偏差，齿面疲劳损坏及连接螺栓孔变形等失效问题仍是迫切需要研究解决的问题。本文结合实际工程应用，针对搅拌机用的鼓形齿联轴器的齿形进行全齿接触分析计算及实验分析研究,主要研究内容包括： （1）对国内外有关鼓形齿联轴器的研究状况进行综合分析,针对特殊工况下鼓形齿联轴器改进性设计进行研究,探讨全齿有限元接触分析的必要性。 （2）针对搅拌机鼓形齿联轴器设计上的关键问题，结合产品应用中的数据,制定出DFMEA(设计失效模式和后果分析)表；对于风险系数RPN高的问题提出了7 点解决方案,并进行了改进性设计，提高了产品的可靠性和性价比，降低产品的使用成本。并利用传统的理论和经验计算公式,对其弯曲强度,挤压应力以及接触应力进行了计算和校核。 （3）针对工厂鼓形齿联轴器系列多,品种复杂等特点，应用参数化技术，编写参数公式和表格,实现了联轴器内齿，外齿的自动参数化设计，并编制相关软件模块，缩短搅拌机鼓形齿联轴器的系列化设计周期。 （4）将CAD中的3D模型导入到ANSYS中,分别完成了对中状况的单齿和非对中状况下鼓形齿全齿的接触分析,将后处理中的结果与传统的赫兹理论进行差异分析,得出ANSYS的分析结论是合理的。 (5) 最后为了进一步模拟工况,在力矩试验台上进行了空载运行、静载破坏和仿真试验,试验的结果证明,产品合格,设计合理。