RADIOSS聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)件仿真研究

RADIOSS聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)件仿真研究有限元方法和軟件在結(jié)構(gòu)分析中占據(jù)了極其重要的位置。本文利用HyperMesh為前處理建立了以六面體單元為基礎(chǔ)的有限元模型。重點(diǎn)考慮彈性體的建模，模擬聯(lián)軸器系統(tǒng)的實際工況。使用RADIOSS求解器對螺釘和橡膠彈性體的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行了有限元計算，評價了零件的強(qiáng)度、剛度等指標(biāo)。1前言聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。某型發(fā)動機(jī)的聯(lián)軸器如圖1所示，它的初始設(shè)計是碳纖維管的兩端均布6個M8的螺釘，其主要失效形式是在較大的轉(zhuǎn)矩作用下螺釘被壓潰或剪斷。為了減少或避免螺釘失效，在碳纖維管的兩端采用12個M8的螺釘交叉均布的結(jié)構(gòu)，利用有限元方法分析結(jié)構(gòu)改進(jìn)后螺釘?shù)膹?qiáng)度特性。橡膠彈性體的主要作用是吸收發(fā)動機(jī)啟動及轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時產(chǎn)生的震動，從而使機(jī)構(gòu)運(yùn)行較為平穩(wěn)。影響橡膠彈性體吸收震動能力較大的因素就是它的剛度特性，在0?800Nm連續(xù)工況下分析橡膠彈性件的剛度變化。點(diǎn)擊圖片查看大圖圖1聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖2聯(lián)軸器有限元模型的建立聯(lián)軸器的三維模型是運(yùn)用Proe建立的，導(dǎo)入HyperWorkslO.O軟件的HyperMesh模塊對3D模型簡化后進(jìn)行網(wǎng)格劃分建立有限元模型，如圖2所示。其中，由于花鍵在工作過程中沒有明顯失效現(xiàn)象，所以將花鍵簡化為圓柱面。螺紋取其中徑大小以圓柱代替。點(diǎn)擊圖片查看大圖圖2聯(lián)軸器有限元模型為了提高模型計算的精確性，采用了一階六面體單元。該模型的彈性體總成外殼最小壁厚為4mm,分為4層劃分，因此最小網(wǎng)格邊長三1mm。輸入端和輸出端法蘭盤的剛性單元和螺釘預(yù)緊采用RBODY模擬，如圖3所示。在發(fā)生接觸的各個面都設(shè)置相應(yīng)的接觸單元。聯(lián)軸器材料參數(shù)：鋼結(jié)構(gòu)件都選擇M1_ELAST材料卡片，彈性模量E=210000MPa，泊松比u=0.3,密度p=7.9X10-9t/mm3；碳纖維管彈性選擇M2_PLAS_J0HNS_ZERIL材料卡片，模量E=160000MPa,泊松比u=0.28,密度p=1.6X10-9t/iw，屈服應(yīng)力o=1300Mpa，硬度參數(shù)K=1300Mpa，硬度指數(shù)n=0.5；對橡膠彈性件，采用較為普遍的Mooney-Rivlin模型，選擇M42_0GDEN材料卡片，密度p=6X10-9t/mm3，泊松比u=0.495,對于不可壓縮的Mooney-Rivlin模型的應(yīng)變勢能可由如下方程計算：W=C(l-3)+C(l-3)101012其中p=2XC=0.586,p=-2XC=-0.354,l和l為應(yīng)力張量的第一和第二不變量。110201123螺釘強(qiáng)度分析工況和約束條件在靜力分析中，如果不關(guān)心集中載荷作用節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力，根據(jù)圣維南原理，可以用等效集中載荷代替靜力分布載荷添加在模型上，雖然這樣對載荷附近的局部特性有影響，但是對整個結(jié)構(gòu)的性能影響不大。對建立的有限元模型施加邊界約束和載荷信息，建立分析模型并進(jìn)行有限元分析計算。發(fā)動機(jī)的功率輸出端聯(lián)接在聯(lián)軸器的輸入端的法蘭盤上，轉(zhuǎn)矩經(jīng)過橡膠彈性體、花鍵和碳纖維管支撐套后，作用在螺釘上，產(chǎn)生了螺釘載荷。該聯(lián)軸器的主要失效形式是螺釘被壓潰或剪斷，碳纖維管的24個螺釘連接所受的剪切應(yīng)力為重點(diǎn)考慮對象。為了簡化計算可將碳纖維管的輸入端，碳纖維管支撐套及12個螺釘分離出來單獨(dú)建模，如圖3所示。將碳纖維管端面的外圓節(jié)點(diǎn)和花鍵法蘭盤的內(nèi)圓面節(jié)點(diǎn)用剛性單元連接到各自的中心節(jié)點(diǎn)上，固定約束碳纖維管端的中心節(jié)點(diǎn)，在法蘭盤上施加800Nm的轉(zhuǎn)矩，以此將聯(lián)軸器的動態(tài)問題轉(zhuǎn)化為靜力分析。建立完成有限元分析模型，提交RADIOSS進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。點(diǎn)擊圖片查看大圖

Rim元陽超東擄栓的相對運(yùn)動A轉(zhuǎn)矩圖3碳纖維管輸入端的有限元模型4橡膠彈性體剛度分析根據(jù)/zixun/上面所建立的碳纖維管輸入端的有限元模wors橡膠彈性體的剛度是影響聯(lián)軸器吸振能力的主要因素。在不影響結(jié)果的情況下將聯(lián)軸器輸入端的橡膠彈性體總成及與發(fā)動機(jī)相連的法蘭盤等分離出來，如圖Rim元陽超東擄栓的相對運(yùn)動A轉(zhuǎn)矩圖3碳纖維管輸入端的有限元模型4橡膠彈性體剛度分析根據(jù)/zixun/上面所建立的碳纖維管輸入端的有限元模wors橡膠彈性體的剛度是影響聯(lián)軸器吸振能力的主要因素。在不影響結(jié)果的情況下將聯(lián)軸器輸入端的橡膠彈性體總成及與發(fā)動機(jī)相連的法蘭盤等分離出來，如圖4所示。發(fā)動機(jī)接盤的外圓節(jié)點(diǎn)及螺孔節(jié)點(diǎn)和花鍵的內(nèi)圓面節(jié)點(diǎn)連接到各自的中心節(jié)點(diǎn)上。將模型的連接盤中心節(jié)點(diǎn)約束固定，在花鍵的中心節(jié)點(diǎn)上施加0?800Nm的轉(zhuǎn)矩，提交RADIOSS進(jìn)行分析。點(diǎn)擊圖片查看大圖-wor?5結(jié)果分析圖4橡膠彈性體的有限元模型轉(zhuǎn)拒固定約蟲r固定豹衷型，計算螺釘承受的800Nm載荷條件下的應(yīng)力。模型求解完畢以后，使用后處理軟件HyperView查看螺釘?shù)膽?yīng)力大小以及整個結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布情況等。輪轂在800Nm的載荷作用下的單元應(yīng)力分布如圖5所示，從螺釘應(yīng)力云圖中可以看出，螺栓出現(xiàn)的最大主應(yīng)力值為213.7MPa,小于螺栓材料的屈服極限。點(diǎn)擊圖片查看大圖ConlDLi*PhLbohstrfingl：h2丫伸Miee武世帥辭細(xì)r旳科i冷叫“nth電gtimiithVrii^mpZiEniir/hnii曰1曲凹町呵~?adr^Go1ConlDLi*PhLbohstrfingl：h2丫伸Miee武世帥辭細(xì)r旳科i冷叫“nth電gtimiithVrii^mpZiEniir/hnii曰1曲凹町呵~?adr^Go1Tme=D.[]0rOlDFrarnc1Mb^.=2.13?E-HJ2bUdi?27451Mm二ilOZOEtDj■2.3^4^401O.COCC-hXSrnpfeAveisgV-2/137E4O2-l.WLE<Q-1.B62E4O2-142EE-HZ12-1.137^402CarriuijrFlu1VbHMi純亂爭剜爐皿珈冃珂訕湘叭血匕叫SimpleAverageE2137E+a：19C0E+O21S&2EH]：—1w-11B7EHJ2l-9.4^EKr'7173EUJ147^E+fl12374EHJ1OOCOEtffl卜仏Ziill伽G37E+O2Node27461Mhi=D.lME-tOONoda25BS7pijlh'irigid^ink^mpir.rf'itwhsIrpnijlhSACOILDadcasa1Timo=DdOEtMFrame1Mors圖5螺釘應(yīng)力云圖根據(jù)上面所建立的橡膠彈性體的有限元模型，計算橡膠彈性體承受的0?800Nm載荷條件下的變形。模型求解完畢以后，使用后處理軟件HyperView查看橡膠彈性體的最大變形和應(yīng)力分布情況等。橡膠彈性體在800Nm的載荷作用下的變形云圖如圖6所示。點(diǎn)擊圖片查看大圖ContourPlotDi￡placernenL(MagiAnalysissystem8.9575^117.9G2E和6966E-H31—5.971E-<il--4.97GE401^3.381F-fOI1.990E-101ContourPlotDi￡placernenL(MagiAnalysissystem8.9575^117.9G2E和6966E-H31—5.971E-<il--4.97GE401^3.381F-fOI1.990E-1019.gs2F-mo2.90EE-H31b.624E-EEN'J時!山MaK=0.96TE-HJ1Made29436Min-5.624E-05Node21019simpResultD:\Rubber_sti1fness\simpAOdLoadcase1Time=3.0100COFrameB1wors圖6橡膠彈性體的最大變形云圖使用后處理軟件HyperGraph生成橡膠彈性體的扭轉(zhuǎn)剛度曲線，如圖7所示。由橡膠彈性體的扭轉(zhuǎn)剛度曲線可知，在0?800Nm載荷條件下橡膠彈性體的扭轉(zhuǎn)剛度呈線性規(guī)律變化。以此表明，橡膠彈性體在該載荷條件下不會失效。點(diǎn)擊圖片查看大圖IW-D.GCtRgdianD.QD4G.DG6