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滚珠联轴器的有限元分析

2021-03-06 10:07:10

基于ANSYS的滚珠联轴器的有限元分析


滚珠联轴器是一种新型的联轴器。根据非线性接触理论,借助ANSYS有限元分析软件,对滚珠联轴器在受扭矩载荷作用下的接触应力进行了分析和计算。在施加静载时,找出滚珠联轴器产生接触应力较大值的区域,并计算在不同结构参数下的应力值,分析滚珠联轴器的结构参数对应力值的影响情况,获得了应力值变化规律曲线,为实际应用及今后进一步分析打下了良好的基础


滚珠联轴器是一种无弹性元件的挠性联轴器,具有轴向、径向和角向补偿功能,它具有结构简单、外形尺寸小、质量轻、便于制造、成本低、装拆方便和传递扭矩大等优点。为了提高机械装置的效能和稳妥性,确保机械的零部件,尤其是联轴器,采用滚珠作为传递扭矩的元件,即滚珠联轴器。从目前的资料来看,对滚珠联轴器的研究一般均采用数值公式计算的方法,这种方法对求解复杂条件的问题有些困难,而且准确度低。现采用有限元方法,借助有限元分析软件ANSYS对滚珠联轴器在各种尺寸参数下所受的接触应力值进行了计算和分析,得到了接触应力受尺寸参数影响的变化规律,具有相对工程应用价值。


通过ANSYS非线性接触静态分析,得到了各种参数下滚珠联轴器所受的接触应力值的变化规律,由此可以得出以下结论:a)在整体外形尺寸已定的情况下,即滚珠尺寸相对时,滚珠联轴器传递扭矩时所受的接触应力值大小主要与下列因素有关:外半联轴器球槽半径R1,内半联轴器球槽半径R2,滚珠和球槽之间的游隙值;b)设计时,在能够满足传动要求和合理装配条件下,尽量使外半联轴器球槽尺寸与滚珠半径接近,这样可以降低接触应力值,提高滚珠联轴器寿命。对于内半联轴器,其球槽基本尺寸可以与滚珠半径一致,采用正的上下偏差,公差等级可以适当降低,以降低制造难度;c)滚珠联轴器球槽与滚珠之间的游隙大小对应力值的影响虽然比较复杂,但也可以得出一些指导性的结论。为了满足滚珠联轴器的各种补偿要求,同时也为了安装方便,一般联轴器球槽与滚珠之间均应该有间隙。根据计算所得的数据,外半联轴器球槽与滚珠之间的游隙较好<0.01mm,或者>0.05mm,但是游隙过小,会造成装配困难,同时会提高公差等级,使制造困难;若游隙太大,又会影响传动的稳定性,变加振动和噪音,使动态性能变差。游隙在0.01~0.05mm之间时,滚珠联轴器所受的接触应力值虽然相对较大,但比较稳定,在滚珠尺寸R=10mm和R=14mm情况下是满足工程要求的。所以综合考虑各种因素,取游隙在滚珠联轴器所受接触应力比较稳定的区域。