大挠度弹性联轴器试验台机座的静态应力分析

张进春， 龚宪生，岳秋琴，谢光辉

（1. 重庆电子工程职业学院，重庆 401331； 2. 重庆大学 机械工程学院，重庆 400044）

大挠度弹性联轴器试验台机座的静态应力分析

张进春1,2， 龚宪生2，岳秋琴1，谢光辉1

（1. 重庆电子工程职业学院，重庆 401331； 2. 重庆大学 机械工程学院，重庆 400044）

0 引 言

弹性联轴器在工程中有着广泛的应用。它的突出性能——缓冲和减振对机械系统有着至关的重要性，传递功率、调整系统固有频率和补偿两轴的不对中。当使用在发生扭转振动的装置中时，具有缓冲、减振的功能，并能根据不同的轴系配置，采用不同特性参数的联轴器，使之达到最佳的减振降噪效果。

为了能够准确地对传动轴系进行扭转振动分析，并在实际传动系统中选择正确的弹性联轴器，其关键之一就是必须掌握弹性联轴器的有关特性参数，主要包括动态扭转刚度和动态阻尼系数。在通常情况下获取弹性联轴器动态特性参数的有效途径是在试验台上进行试验分析得出。试验台的机座是试验台的关键部件，它的承载能力决定着试验台的最大试验范围及实验数据的精确度，为了确保其可靠性，必须对其进行应力分析。本文给出应用SolidWorks 中的插件COSMOSWorks对大挠度弹性联轴器试验台机座进行静态受力分析的方法及结果。

1 采用SolidWorks进行三维建模及零件的状态描述

根据试验台的总体设计方案及设备所要求的参数。在三维CAD软件SolidWorks平台下进行建模。材料为铸造碳钢。其三维立体图见图1。

试验台相关技术指标要求：

1）振动频率5-20hz

2）振幅:±20°

3）最大转矩（平动+变动）：30knm

根据设计要求，通过轴承轴承座将承受40T的轴向力，花键槽将承受30KN.M的扭矩。

2 静态应力分析

1）在SolidWorks环境下启动COSMOSWorks。

2）创建算例并指定研究类型为静态。

3）设定零件材料。设定材料属性为铸造碳钢，其各项性能指标如表1所示。

表1 材料性能

4）施加约束与载荷（如图1所示）

在工作过程中，机座是通过底座上的四个螺栓孔进行固定的，故在底座的四个螺栓孔上添加固定制约；机座轴承肩最大将承受40T的压力，通过SolidWorks的分析功能得到轴肩的面积，计算得到轴肩的受力为3.67e7 N/m2，考虑到使用中的实际情况及可能的安装误差造成的受力情况改变，故在此施加4.0e7 N/m2的压力以应对突发性的过载情况；在花键槽的四个槽上均匀分布力矩30KN.m。

图1 约束与载荷

5）网格划分

采用高品质实体单元类型进行网格划分，设置好参数后选择确定，系统开始自动进行网格划分（如图2所示）, 单元数目为15620，节点数目为26225。

图2 网格划分

6）网格划分好后采用FFE解算器进行解算。

3 结果分析

3.1 位移分析

通过图3可以看出在轴承座的顶端最大位移有7.053e-4m，但通过图4可看出其变形方向朝向花键槽方向，对输出结果没多大影响，可以不考虑。重点考虑花键部分的位移，最大位移量5.290e-4m，此处直径330mm，产生的角度位移为：

不会对实验结果产生大的影响。故从变形位移的角度考虑，机座是满足设计要求的。

3.2 应力、安全系数分析

图3 位移图解

图4 变形图解

通过图5可以看出在底座的螺栓孔边缘产生最大应力4.95e+008 N/m2，而材料的屈服强度为2.2059e+008 N/m2，故在此会产生塑形变形。通过图6的安全系数分析看出最小安全系数5.012e-1。故从应力及安全系数方面考虑，机座存在一定问题，要通过措施解决来减小应力、提高安全系数。

图5 应力图解

图6 安全系数图解

3.3 解决措施

我们将底座孔的数量增加两个，底座加厚30mm，螺栓孔尺寸从25mm增加到28mm，再进行分析，得到如图7所示应力图和图8所示安全系数图。由图中可以看出最大应力减小为1.896e+008 N/m2，小于材料屈服强度；最小安全系数1.309，符合安全条件，解决措施有效。

图7 应力图解

图8 安全系数图解

4 结论

随着计算机技术的不断发展，工业创新设计也越来越多地采用计算机软件来实现。本文以大挠度弹性联轴器试验台的机座为研究对象，利用SolidWorks的COSMOSworks模块对其静态应力进行有限元分析，校核其机座强度，并给出减小应力、提高安全系数的有效措施，以提高机座的可靠性，为进一步优化设计提供了重要的指导。实践证明，该方法较其他有限元软件简单实用，大大提高工作效率。

[1]SOLIDWorks机械设计院.SOLIDWorks 2007高级设计[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[2]SOLIDWorks公司.COSMOS基础教程:SOLIDWorks Professional[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]谢黎明,李大明,沈浩,等.基于COSMOSWorks的现场铣床结构分析[J].机械与电子,2008,(9):20-22.

[4]裴均晔.基于COSMOSWorks下的静态应力分析[J].机械管理开发.2008,(8):168-169.

Analysis of static stress based on highly flexible shaft coupling test bench

ZHANG Jin-chun1,2, GONG Xian-sheng2, YUE Qiu-qin1, XIE Guang-hui1

弹性联轴器试验台的机座是试验台的关键部件，它的承载能力决定着试验台的最大试验范围及试验数据的精确度，为了确保其可靠性，必须对其静态应力进行分析。本文以大挠度弹性联轴器试验台的机座为研究对象，应用SolidWorks中的插件COSMOSWorks 对其进行静态应力分析，校核机座强度，并给出减小应力、提高安全系数的有效措施，以提高机座的可靠性。实践证明，该方法较其他有限元软件简单实用，大大提高工作效率。

弹性联轴器；试验台机座；静态应力；SolidWorks；COSMOSWorks

张进春（1971－），男，四川人，副教授，硕士，主要从事机械设计与制造、CAD/CAM/CAE等领域的教学及研究工作。

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1009-0134(2010)06-0142-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.47

2010-01-27