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环槽式双万向联轴器中间轴动力学分析

发布者:泊头鑫程1  发布日期:2021-03-21

十字环槽式双万向联轴器中间轴动力学分析

   对于十字环槽式双万向联轴器,其各个部件的受力比较复杂,尤其中间轴受到的是随时间变化的载荷,其动态性能的优劣会直接影响在高速旋转下的性能和寿命。对十字环槽式双万向联轴器中间轴进行了模态、临界转速、动响应等动力学有限元分析,计算分析结果为十字环槽式双万向联轴器的设计制造和应用提供了必要的依据。

十字环槽式双万向联轴器是十字轴式双万向联轴器变化发展而来的一种新颖的联轴器形式,属于不等角速万向联轴器,具有结构紧凑、主从动间许用偏转角大、装拆维护方便、传扭能力强等特点。其工作原理与十字轴式双万向联轴器基本相同,不同之处在于用两个具有两条互相垂直环槽的球体和一个中间轴充当中间联接件,中间轴两端和输入轴、输出轴各有一轴叉。传动时输入端的输入轴和中间轴的两个轴叉分别嵌入一个中间球体的两条环槽中,输出端的中间轴和输出轴的两个轴叉分别嵌入另一个中间球体的两条环槽中,各形成了两个转动副。由于中间轴的叉面直接受力,其应力较大,所以叉头的网格密度要比其他地方的实体更细密。对单个万向联轴器来说,由于输入轴转速一定时,输出轴的转速是波动的,即使将联轴器成对使用,中间轴的转速也是波动的,这样就会引起中间轴的附加动载荷,从而使中间轴产生振动。中间轴的转速为2850r/min,对应的频率为47.5Hz,中间轴的固有振动频率比较高,工作频率远低于中间轴的计算固有频率,从一阶开始,固有频率已远远超过了实际工作频率。因此中间轴旋转过程中不会发生共振。

临界转速分析

当中间轴以临界转速旋转时,轴的挠度将达到较大值,到达临界状态,中间轴将会出现强烈的振动,会导致联轴器不能正常工作,甚至破坏中间轴,发生断裂。由联轴器中间轴两端球体与中间轴的安装关系,可以将其简化为简支梁,除两端叉头外,中间部分为一等截面轴。对于等截面简支梁,其横向振动的固有频率与轴旋转状态下的临界转速值是相同的。所以确定的有限元模型为:一是叉头的内侧圆弧面上的节点受一阶临界转速值为70794r/min,这远远大于联轴器的工作转速,说明中间轴的工作转速是平安的。

动响应分析

对单万向连轴器,当轴间夹角存在时,尽管主动轴匀速回转,从动轴角速度和角加速度都是变化的,且随着输入转角作周期性变化。双万向联轴器的输出轴转速虽然是匀速的,但是,其中间轴却依然是作变速运动的,同样有大小跟单万向连轴器的从动轴一样的角加速度,也就是说,当输入角速度及轴间夹角比较大时,必然会使角加速度过大,也会产生一定的惯性力。中间轴所受到的转矩随转角的大小变化,也就是随时间的大小变化。采用模态叠加法进行计算,须要将变化的转矩转换成节点力。环槽式联轴器的叉头的剪应力在径向上近似呈线性分布,沿叉面中径圆弧方向的力呈内小外大且周期性变化分布,简化的力学模型与余弦规律较吻合且计算简便,这个力再均匀分布在相应这一列的各节点上。这样对于每一个载荷步,都需要分别进行多列不同载荷的加载,,上边的曲线为叉面的法向位移、下边的曲线为轴向位移的位移时间历程变化。位移是周期性变化的,且变化周期大约为0.01s,也就是说在一个工作周期内位移同样变化两次,位移的大小及变化的幅度都在法向较大,叉面的法向变形较大主要是叉头承受转矩而发生扭转变形传统测量方法的缺点是可能在测量中引入未知的安装误差,影响测量结果的准确性。为此,本文针对齿轮径向跳动测量中可能存在的影响测量精度的因素进行了详细的分析,给出了比较完备的消 除影响因素的方法,试 验 证 明这种误差分析及补偿方法是正确性可行性的。由以上分析可知,本文研究的十字环槽式双万向联轴器中间轴工作转速远离一阶临界转速,,不会产生共振,动态应力值波动幅度较小,满足设计要求。


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