联轴器的静态分析

关锋

（山西机电职业技术学院，山西 长治046011）



联轴器的静态分析

关锋

（山西机电职业技术学院，山西 长治046011）

摘要：以联轴器为研究对象，通过有限元分析软件建立联轴器的有限元模型，对其进行静态分析，得到联轴器的应变的分布图，为联轴器的优化设计提供依据。

关键词：联轴器；应变分布图；有限元

联轴器属于机械通用零部件，用来连接不同机构中的两根轴，使之共同旋转用来传递扭矩的机械零件。在高速重载传动中，还有缓冲、减振以及提高轴系动态性能等作用。作为旋转的机械机构，由于制造和安装存在误差，导致联轴器成为传动系统中的易损零件之一。因此有必要对其进行分析，找出其故障的机理，从而为联轴器的结构设计和优化提供一定的理论支撑。一般采用数值公式的方法对联轴器进行研究，但是由于这种方法对于复杂问题的求解相当困难，而且精度也比较低。所以本文借助有限元分析软件ANSYS对联轴器进行了计算和分析，得到了联轴器的应变分布图，具有一定的应用价值［1］。

1　有限元分析

1.1建立模型

由于联轴器结构的对称性，所以在ANSYS软件中只建立半联轴器的三维模型，大圆直径为280 mm，轴孔的直径为80 mm.从几何结构、类型和问题精度要求等方面综合考虑，本文选择实体Tet 10Node 92结构单元。用到的力学性能参数如下:弹性模量为2.06E11Pa，泊松比0.3，假定材料是线弹性的。

在ANSYS中创建模型的过程中，可以使用三种不同的建模方法，第一就是在ANSYS环境下建立实体模型，第二种方法就是用直接生成的方法建立实体模型，第三种方法是靠计算机辅助设计软件建立模型，然后将其导入到ANSYS软件中进行有限元分析［3］。对于形体结构不太复杂的模型来分析，前两种方法均可适用，没有本质的区别。但是，对于形体结构非常复杂的模型来说，最好选择第第三种建立模型的方法。本文是选择第一种方法建立模型并进行有限元分析的。模型如图1所示。

图1　三维模型

1.2网格划分

ANSYS软件包括自由和映射两种网格划分类型。自由网格对单元形状无限制，生成的单元无特定规则，网格没有固定的模式，对于所有模型的网格划分都适用。自由网格是面和体网络划分时候的缺省设置，生成的自由网络比较容易。自由网格的选择可以只用四边形单元或者只用三角形单元组成。体单元仅仅包含四面体网格，致使单元数量较多。自由网格易于生成，不须将复杂形状的体分解为规则形状的体［4］。现采用的网格划分方法是:自动进行划分，然后对半联轴器的应力集中部位进行适当的调整。网格如图2所示。

图2　网格划分

1.3施加约束

1.3.1位移约束

有限元模型的约束与实际情况紧密相连，有一定的关系，但是又不同于实际情况，经过分析，对联轴器的基座底面和两个孔存在进行位移约束，如图3所示。

图3　施加约束

1.3.2压力约束

在联轴器工作的时候，两个孔内以及键槽的一个侧面会有力的作用。对小轴孔的内圆周面和台面施加1e6大小的载荷。对大轴孔轴台上施加1e7的载荷，同时在键槽的一侧施加1e5的载荷，如图4所示。

图4　施加约束

1.4进行求解

通过ANSYS软件的分析，得到了联轴器的的应变图。结果是这样的：X方向的应变分布图如图5所示，Y方向的如图6所示、Z方向的如图7所示，总的应变分布图如图8所示。

图5　应变分布图

图6　应变分布图

图7　应变分布图

图8　应变分布图

2　结束语

通过ANSYS软件对联轴器的静态分析，本文得到联轴器的应变分布图。分析结果表明，最大位移发生在联轴器的外侧。最先的破坏的地方在联轴器圆盘外缘，和实际情况相同，说明建模和分析是正确的，为联轴器的理论分析和实际应用提供了一定的基础。

参考文献：

［1］张媛，刘超，郭忠瑞，等．柱销联轴器的有限元分析及优化设计［J］.起重运输机械，2014，（1）：33-35.

［2］刘武．基于万向联轴器的ANSYS有限元分析［J］.轻工科技械，2012，（11）:58-59.

［3］张宝，苏小平.高弹性联轴器的静力学仿真分析［J］.机械设计与制造，2012，（2）：212-214.

［4］于华波，高奇帅，柳东威，基于ANSYS的齿轮渐开线斜齿轮的齿根应力分析［J］.机械设计与制造，2009，（1）：84-86.

Coupling Analysis of the Static

GUAN Feng
（Shanxi Institute of Mechanical and Electrical Engineering，Changzhi Shanxi 046011，China）

Abstract：Take coupling as the research object through the finite element analysis software to establish finite element model of the coupling on the static analysis，the strain of the drawings of the coupling are obtained，and also provide the basis for the optimal design of the coupling

Key words：coupling；the strain distribution；the finite element

中图分类号：TH133.4

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）03-0137-03

收稿日期：2015-12-27

作者简介：关锋（1980-），男，山西长治人，硕士，助教，主要从事机械设计方面的研究。