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三叉杆滑块式万向联轴器的疲劳寿命

2021-03-04 15:29:48

三叉杆滑块式万向联轴器的疲劳寿命分析利用三维软件Solidworks与有限元分析软件AnsysWorkbench联合,对三叉杆滑块式万向联轴器建模,然后整体进行静力学分析和疲劳寿命分析,得到联轴器等效应力分布云图及疲劳寿命云图,根据分析得出其疲劳破坏点位置。三叉杆根部采用不同过渡圆角尺寸的疲劳分析结果表明,不同尺寸的圆角倒角尺寸有着不同的寿命,改变联轴器应力集中部位的圆角、倒角尺寸,可以避免不合理的寿命分布,提高联轴器的疲劳寿命。三叉杆滑块式万向联轴器是一种适用于输入轴与输出轴具有相对夹角时进行运动和动力传递的新型联轴器。即使三叉杆滑块式万向联轴器输入转矩是恒定的,各组成零件受到循环变载荷的作用,容易产生疲劳破坏。众所周知疲劳破坏具有难以察觉的特征,比静应力下的脆性断裂更具危险性,因此对该联轴器进行疲劳特性分析,对其疲劳寿命做出预估是非常需要的。三叉杆滑块式万向联轴器疲劳研究的 个重要方面是通过试验得到其疲劳性能,但疲劳试验所需试件批量大,每个试件须经受数十万次至数百万次的加载循环,耗费试验时间长,费用开支相当大。因此,试验受到相对程度的限制,需要相当长的积累过程。随着计算机软硬件技术的不断发展,有限元分析技术在机械零部件疲劳寿命的预测中已发展成为一种非常重要的分析工具。本文利用三维建模软件Solidworks与有限元分析软件AnsysWorkbench联合,对三叉杆滑块式万向联轴器进行静力学分析和疲劳寿命分析,并估算其疲劳寿命,从而能够在设计阶段预先判断产品疲劳寿命薄弱部位,相对避免不合理的寿命分布三叉杆滑块式万向联轴器有限元模型的约束条件表现为系统各零部件间的联接关系,它们属于具有高度非线性行为特性的面、线接触问题。为方便问题求解,将模型中所有非线性接触问题转换为具有线性关系的自由度耦合和固定约束。

具体做法为:①输入轴与径向轴承的接触面上坐标相同节点的径向位移耦合、轴向位移耦合,周向位移不耦合,从而确保接触面间相对转动,即输入轴围绕X轴转动。②输出轴与调心轴承内圈的接触面上坐标相同节点的位移全部耦合,输出轴相对调心轴承内圈作定位约束。③调心轴承内、外圈接触面上坐标相同节点的径向位移耦合、轴向位移耦合,周向位移不耦合。④滑块与三叉槽在工作时只有 个侧面接触,故只需将该侧接触面上有坐标相同节点的周向位移、径向位移耦合,轴向位移不耦合,从而确保滑块与三叉槽在X轴相对移动。⑤滑块对内球头的约束处理为接触面上所有节点径向位移耦合、轴向位移耦合,周向位移不耦合,配合三叉杆沿自身轴线的轴向运动。⑥输出轴三叉杆与内球头接触面上所有坐标相同节点的周向位移、轴向位移耦合,径向位移不耦合,从而确保三叉杆沿自身轴线的轴向运动。三叉杆滑块式万向联轴器中三叉杆和三叉槽通过滑块和内球头传递运动和动力,滑块和内球头之间形成球面副,滑块和三叉槽之间为移动副,内球头和三叉杆之间为圆柱副,当输入轴与输出轴相交成 定角度时,在输入轴的驱动下,滑块和内球头组成的关节轴承 方面沿三叉槽移动,另 方面三叉杆沿三叉杆轴线运动,从而实现运动过程中的角度补偿。

目前的疲劳有限元分析软件中包含的较常用的分析方法有如下几种:名义应力法、局部应力应变法、根据线弹性破坏力学进行裂纹扩展分析、焊接和点焊疲劳寿命分析、振动疲劳分析、多轴疲劳分析等。