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单向联轴器楔紧过程对比研究

2021-03-19 10:35:44

单向联轴器楔紧过程对比研究

    单向联轴器楔紧过程平面及三维数值对比研究以具有对数螺旋线型面特征的综合式液力变矩器单向联轴器为研究对象,为考察其在瞬态楔紧过程中内外环及滚子等各部分应力分布状态特性,基于显式动力学理论进行了二维平面应变和三维有限元动力学分析,分别从二维和三维的角度对这一动态过程进行了数值模拟。对2种方法仿真结果的对比分析表明,三维分析的结果所获得的各部件轴向的应力分布信息弥补了二维分析的不足,同时也验证了将实际三维单向联轴器传动过程进行二维平面问题简化的可行性,2种分析结果的一致性为单向联轴器的设计和计算提供了更理论依据。作为坦克装甲车辆综合式液力变矩器的核心部件,单向联轴器可以在速比区域内实现变矩器工况和偶合器工况的切换,改良整车动力性能和传动效率。

目前在单向联轴器设计的强度计算中,对其各零部件应力分布的有限元分析通常将模型简化为平面应变问题,建立二维的平面有限元模型进行分析。将三维模型问题假定为平面问题处理,可以简化模型、提高计算效率,也是有限元分析处理这类问题的常用方法。但由于二维分析与三维分析存在对实际物理过程一个维度的简化,因此相关领域的研究结果也表明其分析结果存在较大差异。与三维有限元分析相比,对单向联轴器各零部件应力分布状态的二维有限元分析显然不能体现单向联轴器的轴向应力分布状态。为获取轴向应力分布状态的信息,并据此验证这种二维简化的可行性和有用性,本文在对这一过程二维有限元分析研究基础上,以同系列对数螺线双排滚子式单向联轴器为研究对象,基于显式动力学理论,在平台上,对其瞬态楔紧过程分别进行二维和三维模型的有限元分析。对滚柱式单向联轴器楔紧过程进行二维有限元分析,是将分析区域视为平面应变问题,即认为轴向无限长,但由于实际长度有限,其瞬态受载过程中的应力应变变化情况并非均值,因此二维分析结果与实际参数分布会存在偏差。通过三维实体有限元对瞬态楔紧过程进行分析,可以更进一步地了解随时间变化的应力和应变值变化情况,通过将参数分布沿轴向展开,可以有用地获取滚子及外环上应力应变的变化趋势,并可以校验二维分析的合理性。可以较好地模拟从外环开始接触滚子到单向联轴器稳定楔紧的整个瞬态过程,所得到截面上大致的应力分布定性上与三维分析一致且数值较高,具有安 全裕度。因此,将单向联轴器楔紧过程简化为平面问题处理具有可行性。2)由三维分析所获得的轴向应力分布状态表明,内环及外环应力分布呈马鞍面分布,中部较低,两端较高,而在滚子上的应力分布则与之相反,较高应力发生在两排滚子中部,两侧较低,这一结论将为后续单向联轴器楔紧机构的优化设计提供依据。