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搅拌机用鼓形齿联轴器的全齿有限元接触分析

作　者: 毕青
导　师: 梁庆华；陈乐生
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 鼓形齿联轴器有限元接触分析
分类号: TH133.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
符号说明  8-11
第一章绪论  11-24
  1.1 研究鼓形齿联轴器的背景  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-18
    1.2.1 鼓形齿联轴器应用现状概述  13-14
    1.2.2 鼓形齿联轴器结构概述  14-15
    1.2.3 鼓形齿联轴器及研究概述  15-16
    1.2.4 鼓形齿联轴器的试验技术  16-17
    1.2.5 鼓形齿联轴器的加工方法  17
    1.2.6 齿轮弹性接触有限元分析简介  17-18
  1.3 课题的来源  18-22
  1.4 课题的主要内容以及意义  22-24
第二章基于DFMEA 的搅拌机用鼓形齿联轴器设计  24-48
  2.1 搅拌机用鼓形齿联轴器的DFMEA  24-32
    2.1.1 DFMEA 概述  24-25
    2.1.2 DFMEA 实施方法  25-26
    2.1.3 搅拌机鼓形齿联轴器失效模式和影响分析DFMEA 实施  26-31
    2.1.4 搅拌机鼓形齿联轴器的改进性措施  31-32
  2.2 材料及工艺  32-33
  2.3 鼓形齿联轴器结构尺寸设计  33-40
    2.3.1 重要结构几何参数  34-36
    2.3.2 内齿圈轮齿参数计算  36-38
    2.3.3 外齿圈轮齿参数计算  38-39
    2.3.4 鼓形齿联轴器的零件图  39-40
  2.4 鼓形齿联轴器轮齿应力常规计算  40-45
    2.4.1 鼓形齿联轴器轮齿接触应力计算  40-42
    2.4.2 鼓形齿联轴器轮齿弯曲应力计算  42-44
    2.4.3 鼓形齿联轴器轮齿挤压应力计算  44-45
  2.5 滑移速度校核以及润滑方式的选择  45-46
  2.6 安装以及维护方案  46
  2.7 小结  46-48
第三章搅拌机用鼓形齿联轴器CAD参数化建模  48-53
  3.1 外齿圈的CAD 参数化建模  48-50
  3.2 鼓形齿的CAD 参数化建模  50-52
  3.3 装配  52
  3.4 小结  52-53
第四章搅拌机用鼓形齿联轴器有限元接触应力分析  53-72
  4.1 有限元理论和弹性接触有限元分析  53-55
    4.1.1 有限元理论  53
    4.1.2 弹性接触有限元分析  53-55
  4.2 ANSYS 和三维弹性接触分析  55-57
  4.3 鼓形齿联轴器轮齿计算模型  57-59
  4.4 鼓形齿联轴器轮齿三维弹性有限元分析的前处理  59-61
    4.4.1 网格化和创建接触对  59-61
    4.4.2 边界条件处理  61
  4.5 鼓形齿联轴器轮齿三维弹塑性接触分析  61-68
    4.5.1 非对中状态下的三维弹塑性接触分析结果  62-65
    4.5.2 对中状态下的三维弹塑性接触分析结果  65-68
  4.6 几种方法下的搅拌机鼓形齿联轴器的运算结果比较和分析  68-70
    4.6.1 搅拌机鼓形齿联轴器的运算结果比较  68-70
    4.6.2 差异分析  70
  4.7 小结  70-72
第五章搅拌机用鼓形齿联轴器试验  72-76
  5.1 试验概述  72
  5.2 试验设备及组成  72
  5.3 无载荷空运转试验  72-73
    5.3.1 试验方法  72-73
    5.3.2 试验记录  73
    5.3.3 试验分析  73
  5.4 静载荷破坏试验  73-74
  5.5 仿真加载试验  74
    5.5.1 试验方法  74
    5.5.2 试验记录  74
  5.6 试验分析  74-75
  5.7 小结  75-76
第六章结论与展望  76-78
  6.1 全文总结  76-77
  6.2 研究展望  77-78
参考文献  78-80
致谢  80-81
攻读学位期间发表的论文  81

搅拌机用鼓形齿联轴器的全齿有限元接触分析

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