技術頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動網(wǎng) > 技術頻道 > 技術百科 > 基于有限元分析的萬向聯(lián)軸器十字軸優(yōu)化設計

基于有限元分析的萬向聯(lián)軸器十字軸優(yōu)化設計

時間:2007-12-03 16:37:00來源:lijuan

導語:?進行十字軸的三維實體優(yōu)化分析,以滿足其強度和剛度的要求。
采用大型通用有限元分析軟件ANSYS,在對某熱軋廠1700mm軋機十字軸式萬向聯(lián)軸器的十字軸進行有限元分析的基礎上,進行十字軸的三維實體優(yōu)化分析,以滿足其強度和剛度的要求。 ANSYS 系統(tǒng)含有參數(shù)化設計語言(APDL),它具有參數(shù)、數(shù)學函數(shù)、宏、判斷分支及循環(huán)等高級語言要素,是一個理想的程序流程控制語言,很適合進行有限元計算和優(yōu)化分析。 有限元法與優(yōu)化方法是工程分析中最主要的兩個數(shù)學工具,將兩者有機地結合起來,充分發(fā)揮有限元法數(shù)值計算的準確性及優(yōu)化方法求極值的高效性,將在工程分析中發(fā)揮巨大的威力。 1、十字軸的有限元分析計算 十字軸式萬向聯(lián)軸器的主動軸及被動軸均通過其上的叉頭經(jīng)軸承向十字軸施加兩對力,它們構成一對大小相等、方向相反的力偶(圖1)。這兩對力偶矢量處于主動軸與被動軸所決定的平面內(nèi),如不計兩軸傾角(很小,可忽略),則構成兩力偶的力均處于十字軸軸線平面內(nèi)。
1.1 模型的建立 由于十字軸的結構及負荷均對稱于I-I和II-II兩截面(圖1),故可從I-I及II-II兩截面切開,以十字軸的1/4作為研究對象(圖2).如圖1所示,十字軸的各尺寸如下:L=865mm,A=327mm,B= 325mm,D = 242mm,H = 174mm,R=90mm,d=50mm,r=10mm.選用三維實體單位對十字軸進行網(wǎng)格劃分,共劃分為41 904個單元.有限元模型如圖2所示。
1.2 約束邊界條件 在圖2中,計算模型的兩個45°方向的截面A、B以及Y=0平面均為十字軸結構及負荷的對稱面.計算模型約束條件取為:在A、B兩平面上Y=0的各節(jié)點X、Y、Z三向約束;在A、B兩平面上Y≠0的各節(jié)點X、2兩向約束,Y向自由。 1.3 載荷施加 如圖3所示,載荷沿十字軸的軸向呈梯形分布;在XY平面內(nèi),十字軸外圓柱面的表面分布載荷,在圓弧上按余弦規(guī)律分布,且圓弧AB為120°。
1.4 有限元計算結果分析 圖4是十字軸承受240 kN·m扭矩時的最大主應力分布圖,在十字軸圓柱體向圓錐體的過渡段受載側(即受載側R90 過渡段)應力最大,且存在嚴重的應力集中,最大主應力值為廠498.15MPa。
2、十字軸的結構優(yōu)化設計 2.1 設計變量的選取 設計變量的選取從兩個方面考慮:一是在該軋機主傳動系統(tǒng)本來就存在,萬向聯(lián)軸器的外框尺寸已經(jīng)確定的條件下對十字軸進行結構優(yōu)化設計的.這些尺寸只能作為給定的設計參數(shù)(如圖1中的L)。二是由上面十字軸的三維有限元分析計算得知,十字軸R90圓弧過渡處的應力最大,且處于交變應力狀態(tài),是危險部位。而改變某些尺寸并不能減小該處的應力集中或者是收效甚微(如圖1中的A、B、d和r)。 因此,設計變量可取 x=[x1,x2,x3]=[R,D,H] 式中:R為過渡圓弧半徑;D為十字軸的直徑;H為滾動軸承的寬度。 2.2 目標函數(shù)的確定 對十字軸進行結構設計的目的就是要把該處的彎曲疲勞應力(表現(xiàn)為最大主應力)降下來,使其盡量靠近或者小于彎曲疲勞強度.所以,當傳遞240kN·m扭矩時,以十字軸所承受的最大主應力最小為目標函數(shù),即: f(x) = S1max. 式中:S1為當傳遞2400kN.m扭矩時,十字軸所承受的最大主應力。 2.3 約束函數(shù)的確定 由于對十字軸進行設計時,只考慮到把發(fā)生疲勞破壞處(即受載側過渡圓弧處)的應力降下來,并沒有其它因素的限制,所以,在此優(yōu)化過程中,并沒有約束函數(shù)的限制。對于每一個設計變量,其邊界約束條件如下:222mm≤D≤264mm;164mm≤H≤184mm。 2.4 優(yōu)化方法的選擇及優(yōu)化過程 ANSYS程序提供了兩種優(yōu)化方法:零階方法和一階方法.它們都是通過罰函數(shù)(SUMT)法,將約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為非約束問題進行求解川。由于十字軸的受力和變形復雜,為保證優(yōu)化的順利進行,此處采用零階方法.優(yōu)化過程是一系列的分析過程,即一系列的前處理—求解—后處理—優(yōu)化的循環(huán)。 3、優(yōu)化后和優(yōu)化前的比較 通過一系列的迭代,得出最優(yōu)的設計結果值.圖5是目標函數(shù)隨迭代次數(shù)過程變化圖變量隨迭代次數(shù)變化圖。
從優(yōu)化結果上看,當過渡圓弧半徑R從90mm增大到94.20mm,十字軸直徑D從242mm減扭減增大到259.80 mm,滾動軸承寬度H從174mm減小到166.43mm時,當十字軸傳遞2400kN·m扭矩時,它所承受的最大主應力值從498.15 MPa小到416.07MPa.優(yōu)化后的結果較優(yōu)化前的結果減小了19.71%。

標簽:

點贊

分享到:

上一篇:基于虛擬儀器的音視頻處理板...

下一篇:微能WIN-V63矢量控制變頻器在...

中國傳動網(wǎng)版權與免責聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權屬于原版權人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權法律責任。

網(wǎng)站簡介|會員服務|聯(lián)系方式|幫助信息|版權信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動網(wǎng)-工業(yè)自動化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務平臺

網(wǎng)站客服服務咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權所有
粵ICP備 14004826號 | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號