本科毕业设计 设计题目：基于TRIZ理论的带补偿片膜片联轴器的设计 姓名 学院 专业 年级 学号 指导教师 2012年6月22日 目录 1 引言 (1)
1.2 TRIZ理论简介 (2) 1.2.1 什么是TRIZ理论 (2) 1.2.2 TRIZ理论主要内容 (2) 1.3 本次设计的主要性能指标依据 (3) 1.4 论文的的主要研究内容 (4) 2 联轴器概述 (4) 2.1 联轴器简介及分类…………………………………………………………………………… 2.2膜片联轴器……………………………………………………………………………………… 2.2.1 金属膜片挠性联轴器的结构工作原理…………………………………………………… 2.2.2 膜片联轴器特性……………………………………………………………………………4 4 5 5 3 膜片联轴器的选用计算 (5) 3.1 联轴器技术参数术语 (5) 3.2 选择联轴器的品种、型式 (6) 3.3 联轴器载荷计算 (6) 3.4 联轴器的型号选择 (9) 3.5 联轴器联接螺栓的设定 (10) 3.5.1 螺栓材料的选用 (10) 3.5.2 螺栓型号的确定 (10) 3.5.3 螺栓组的布置 (10) 3.5.4 螺栓直径的确定 (11) 3.5.5 螺栓预紧力的确定 (13) 4 联轴器膜片的设计………………………………………………………………………………… 4.1 膜片材料的选择…………………………………………………………………………… 4.1.1 膜片的选型……………………………………………………………………………… 4.1.2 确定联轴器的尺寸及总厚度…………………………………………………………… 4.2 膜片组的校核……………………………………………………………………………… 5 基于TRIZ理论在膜片联轴器上增加补偿片 (13) 13 14 14 17 18 18
车辆轴重参数参考表公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
车辆轴重参数参考表 单后轴货车（车型大类编码 01） --------------------------------------------------------------------- ----------- 车型序号车型名称前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数后轴轮组数后轴距(m) --------------------------------------------------------------------- ----------- 01 标准轴载BZZ-100 1 2 0 02 北京BJ130 1 2 0 03 成都CD130 1 2 0 04 金杯SY132 1 2 0 05 金杯SY450 1 2 0 06 菲亚特50NC-A 1 2 0 07 跃进NJ131 1 2 0 08 江淮HF140A 1 2 0 09 跃进NJ134A 1 2 0 10 奔驰LPK709 1 2 0 11 五十铃NPR595G 1 2 0 12 切贝尔D350 1 2 0 13 三菱T653B 1 2 0 14 喀什布阡131 1 2 0 15 三菱FR415 1 2 0 16 切贝尔D420 1 2 0 17 交通SH141 1 2 0 18 五十铃FSR113N 1 2 0 19 依维柯7913 1 2 0 20 解放CA340 1 2 0 21 雷诺JN75 1 2 0 22 吉尔130 1 2 0 23 黄河CA10B 1 2 0 24 解放DD341 1 2 0 25 扶桑T653ZD 1 2 0 26 东风LZ341 1 2 0 27 东风LZ340 1 2 0 28 奔驰LPK913 1 2 0 29 解放SP3101 1 2 0 30 东风KM340 1 2 0 31 布切奇5BR2N 1 2 0
6. 稳态热传导问题的有限元法 本章的内容如下： 6.1热传导方程与换热边界 6.2稳态温度场分析的一般有限元列式 6.3三角形单元的有限元列式 6.4温度场分析举例 6.1热传导方程与换热边界 在分析工程问题时，经常要了解工件内部的温度分布情况，例如发动机的工作温度、金属工件在热处理过程中的温度变化、流体温度分布等。物体内部的温度分布取决于物体内部的热量交换，以及物体与外部介质之间的热量交换，一般认为是与时间相关的。物体内部的热交换采用以下的热传导方程（Fourier 方程）来描述， Q z T z y T y x T x t T c +?? ? ??????+???? ??????+??? ??????=??z y x λλλρ （6-1） 式中ρ为密度，kg/m 3 ； c 为比热容，K)J/(kg ?；z y x λλλ,,为导热系数，()k m w ?；T 为温度，℃；t 为时间，s ；Q 为内热源密度，w/m 3 。 对于各向同性材料，不同方向上的导热系数相同，热传导方程可写为以下形式， Q z T y T x T t T c 222222+??+??+??=??λλλρ （6-2） 除了热传导方程，计算物体内部的温度分布，还需要指定初始条件和边界条件。初始条 件是指物体最初的温度分布情况， () z y,x,T T 00t == （6-3） 边界条件是指物体外表面与周围环境的热交换情况。在传热学中一般把边界条件分为三类。 1） 给定物体边界上的温度，称为第一类边界条件。 物体表面上的温度或温度函数为已知， s s T T = 或 ),,,(t z y x T T s s = （6-4） 2） 给定物体边界上的热量输入或输出，称为第二类边界条件。 已知物体表面上热流密度， s s z z y y x x q n z T n y T n x T =??+??+??)(λλλ
循环水泵膜片联轴器螺栓断裂原因分析 摘要：本文利用强度校核的方法，分析了膜片联轴器螺栓断裂的原因并对螺栓的装配方式提出了改进建议。 关键词：膜片联轴器 螺栓断裂 强度校核 扭矩 1前言——某厂循环水装置新安装的一台双吸型离心式水泵运行仅三天便发生了联轴器螺栓断 裂的现象。断裂部位：螺纹根部。新更换的联轴器螺栓在安装时严格按照说明书对联轴器中心、螺栓扭矩进行质量控制，但类似现象再次发生。 运行工况： 驱动电机功率：350KW ， 转速：1845r/min 联轴器形式：单金属膜片联轴器 联轴器螺栓： 螺纹规格：M16 ；拧紧力矩250N ·M ；材质：40Cr ； 数量：8件 1.1螺栓受力状态分析 膜片联轴器（又称金属叠片联轴器）由若干个叠合的金属膜片用螺栓交错地与两半联轴器（又称半对轮）连接而成，利用金属膜片的弹性变形来补偿两轴的相对偏移。设备运转过程中，联轴器依靠膜片与半对轮之间的正压力产生的摩擦力来传递扭矩。这种正压力为螺栓的预紧力。显然联轴器螺栓为紧连接状态。螺栓危险截面——螺纹根部小径处除受拉应力外，还受到螺纹拧紧力矩所引起的扭转应力。若螺栓预紧力过小，膜片同半对轮间产生的摩擦力不足以传递扭矩，那么膜片与半对轮将产生相对滑移，螺栓进而承受一定的剪切力。 为了判断螺栓是否承受剪切力，必须校验膜片与半对轮间的摩擦力。 对于M10—M68的粗牙螺纹，拧紧力矩T 同预紧力a F 之间的关系为 【1】 ： d F T a 2.0≈ (1) 式中： m m d 螺纹公称直径- KN F a 螺栓预紧力- 则: d T F a 2.0= (2) 膜片同半对轮间的静摩擦力f 为： μa o F n f = (3) 15.0=-μμ擦系数，半对轮同膜片间的静摩 4=-o o n n 半对轮侧的螺栓数量，
车辆轴重参数参考表单后轴货车（车型大类编码01） -------------------------------------------------------------------------------- 车型序号车型名称前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数后轴轮组数后轴距(m) -------------------------------------------------------------------------------- 01 标准轴载BZZ-100 00.00 100.00 1 2 0 02 北京BJ130 13.55 27.20 1 2 0 03 成都CD130 13.60 27.20 1 2 0 04 金杯SY132 12.80 27.60 1 2 0 05 金杯SY450 11.80 28.00 1 2 0 06 菲亚特50NC-A 21.80 35.00 1 2 0 07 跃进NJ131 20.20 38.20 1 2 0 08 江淮HF140A 18.90 41.80 1 2 0 09 跃进NJ134A 13.30 43.10 1 2 0 10 奔驰LPK709 22.00 44.00 1 2 0 11 五十铃NPR595G 23.50 44.00 1 2 0 12 切贝尔D350 24.00 48.00 1 2 0 13 三菱T653B 29.30 48.00 1 2 0 14喀什布阡131 18.00 50.25 1 2 0 15 三菱FR415 30.00 51.00 1 2 0 16 切贝尔D420 28.20 54.80 1 2 0 17 交通SH141 25.55 55.10 1 2 0 18 五十铃FSR113N 36.00 55.50 1 2 0 19 依维柯7913 29.00 56.50 1 2 0 20 解放CA340 22.10 56.60 1 2 0 21 雷诺JN75 30.50 58.50 1 2 0 22 吉尔130 25.75 59.50 1 2 0 23 黄河CA10B 19.40 60.85 1 2 0 24 解放DD341 21.80 61.00 1 2 0 25 扶桑T653ZD 31.00 63.00 1 2 0 26 东风LZ341 29.50 64.50 1 2 0 27 东风LZ340 27.00 64.60 1 2 0 28 奔驰LPK913 27.00 66.00 1 2 0 29 解放SP3101 26.00 67.10 1 2 0 30 东风KM340 24.60 67.80 1 2 0 31 布切奇5BR2N 24.55 67.95 1 2 0 32 东风SP3090 24.50 68.00 1 2 0 33 东风DD347 24.00 68.10 1 2 0 34 解放DD349 26.00 68.20 1 2 0 35 解放CA50 28.70 68.20 1 2 0 36 东风AS141DL 25.00 68.30 1 2 0
标准应力路径三轴测试系统操作说明 ——安徽建筑工业学院STDTTS系统1.GDSLAB软件操作 1.1.打开GDSLAB软件 1.2.检查硬件的通讯参数 点击Management，出现如下图
并点击Object Display，出现系统硬件的连接图， 8通道数据采集板
Comm Port: 1 Baud: 4800 Parity: n(此处必须为None，否则无法正常通讯，这一点很重要) Data Bits: 8 Stop Bits: 2 设置上面的参数后，就开始设置压力/体积控制器 STDDPC V2，包括反压、轴压和围压的通讯参数，点击“Select STDDPC controller”，会弹出“GDS USB controller selection tool ”，然后选择下拉菜单下的文件，从3个控制器的通讯文件选择一个，之后点击“Selected”，系统就会为反压控制器选择通讯文件。图29为反压控制器通讯设置正常后的状态。轴向压力/体积控制通讯参数跟反压一样，当反压和轴向控制器选好后，一定要注意控制器与压力室的链接情况。当三个图标的通讯参数设置好以后，就点击“Read”图标，查看各个传感器是否有读数。注意，本系统在已经选好通讯文件，一般情况下，如果不出现系统错误，不需要再进行设置，只需要在实验前检查下就可以了。在每个控制器后面有个序列号，反压为12813，轴压为12811，围压为12809，注意检查控制器与压力室管路连接是否正确。
选择控制的通讯文件 STDDPC V2 连接状态
1.3.传感器和控制器清零 在装土样前，要对传感器和控制器清零 1.3.1. 传感器清零，只能在软件上清零 点击某个传感器所对应的眼睛图标，会出现对话框，点击Advanced，然后在“Soft Zero Offset”旁边点击“Set Zero”，观察传感器的读数就会变成0。如果出现很小的 波动为正常。轴向力、孔压和轴向位移传感器清零都是如此。
有 限 元 分 析 上 级 报 告 学院： 专业： 姓名： 班级： 学号：
均布荷载作用下深梁的变形和应力 两端简支，长度l=5m，高度h=1m的深梁，在均布荷载q =5000N/m作用下发生平面弯曲（如图4.1所示）。已知弹性模量为30Gpa，泊松比为0.3，试利用平面应力单元PLANE82，确定跨中的最大挠度，和上下边缘的最大拉压应力。 4.1 均布荷载作用下深梁计算模型 1．理论解 具有两个简支支座支承的简支梁，它的变形和应力分布在理论上是没有解析表达式。 在一般的弹性力学教科书中，只有将两边支座简化为等效力的条件，即在两个支座的侧表面上作用有均匀分布的剪力情况，才可以得到理论解答。 (1) 设定应力函数。 获得这种情况下的解答的主要思路是：按照应力解法，考虑到应力分量关于该梁中心 位置（x=2.5，y=0.5）有对称和反对称关系。可以首先假定一个应力函数为： Φ = A(y - 0.5)5+ B(x - 2.5)2 (y -0.5)3 +C(y -0.5)3+ D(x- 2.5)2+ E(x -2.5)2 (y - 0.5) (4.1) 依据这个应力函数，可以获得各个应力分量，按照上表面受均布压力作用简支梁的上 下表面和左右侧表面的应力边界条件，确定出应力函数（4.1）中的各个待定系数A，B，C，D和E。 按照应力求解平面应力问题方法，应力函数应该满足双调和函数： ?2?2Φ = 0 (4.2) 将（4.1）应力函数代入上式后，得到： 24 B( y - 0.5) +120A(y - 0.5) = 0 (4.3) 即： B = -5A (4.4) (2)确定应力分量。 应力函数与应力分量之间的关系为： (3) 利用梁的上下表面边界条件确定积分常数。 上表面受均布压力作用简支梁的上表面（y=h=1m）的应力边界条件:
1环槽式万向联轴器多体动力学分析及仿真赵晓东硕士西北工业大学20066 2柔性联轴器非线性阻尼对扭转减振的影响马建敏振动与冲击20063 3橡胶套筒弹性联轴器扭振动态特性计算陈翔现代制造工程20063 4联轴器用金属橡胶元件阻尼耗能研究李冬伟机械科学与技术20063 5回转系统中弹性联轴器的动态性能分析与研究陈永红机械设计与制造20062 6一种新型弹性联轴器的设计杜可可郑州轻工业学院学报(自然科学版)20061 7简介高弹性联轴器在船舶动力装置中的使用张芸船舶20061 8简易弹性联轴器宋伟现代零部件2005Z1 9等角速万向联轴器的理论研究及计算机仿真周志刚硕士青岛科技大学20057 10中宽厚板轧钢机联轴器快速设计的应用研究范圣耀硕士合肥工业大学20057 11轧钢机用万向联轴器的设计分析研究汪桂林硕士合肥工业大学20057 12一种新型结构膜片联轴器的应用侯宇宙通用机械20055 13柔性联轴器刚度非线性对扭转振动的影响马建敏振动与冲击20054 14共轭曲面的数字化方法及共轭鼓形齿联轴器传动研究肖来元博士华中科技大学2005 3 15基于ANSYS的LTZ型带制动轮弹性套柱销联轴器的应力分析与优化设计陈文工程设计与建设20052 16三叉杆式万向联轴器中有关运动参数的误差分析李利机械设计与研究20052 17弹性联轴器用金属橡胶元件性能研究李冬伟中国机械工程200512 18基于计算机自动化控制的高弹性联轴器性能实验系统的研究与开发邓学平硕士重庆大学200511 19鼓形齿联轴器轮齿计算机辅助分析及软件开发谭莉莉硕士重庆大学200511 20一种简易的弹性联轴器宋伟一重技术20051 21大功率球磨机新型联轴器设计探索韩秋怀矿山机械20051 22基于ANSYS的滚珠联轴器的有限元分析朱彤机械制造与自动化20051 23蛇形弹簧联轴器的应用王杰小氮肥20049 24金属膜片联轴器的膜片疲劳寿命计算及分析丁雪兴硕士兰州理工大学20049 25液力联轴器的使用张晓燕煤矿机械20048 26基于ANSYS的滚珠联轴器的设计与分析朱彤硕士南京航空航天大学20045 27基于ANSYS的挠性叠片联轴器的拓扑设计与动力分析刘霜硕士南京航空航天大学20045 28地铁车辆TD挠性联轴器与鼓形齿联轴器对比分析周海涛机车电传动20044 29某高速船高弹性联轴器断裂原因分析张建军机电设备20043 30车用爪式联轴器的有限元优化设计杨湘洪现代制造工程20043 31电流变液联轴器传动特性的实验研究纪宏硕士清华大学20043 32压路机联轴器的改进戴强民工程机械与维修200411 33巧用轮胎式联轴器胡兵矿山机械200410 34橡胶块联轴器的胶块易损问题及处理对策李焕义广东建材200410 35CENTA膜片联轴器的结构特徵方建传动技术20041 36液体粘性联轴器的设计及转矩传递特性研究陈雪梅硕士北京工业大学20038 37弹性联轴器对车辆动力传动系统扭振特性影响研究李和言机械强度20036 38柔性联轴器应用一例王政东油气田地面工程20036 39浅谈泵用联轴器的选型陈松水泵技术20035 40联轴器烧胶圈原因分析王祥娟凿岩机械气动工具20033
车辆轴重参数参考表 单后轴货车（车型大类编码01） -------------------------------------------------------------------------------- 车型序号车型名称前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数后轴轮组数后轴距(m) -------------------------------------------------------------------------------- 01 标准轴载BZZ-100 00.00 100.00 1 2 0 02 北京BJ130 13.55 27.20 1 2 0 03 成都CD130 13.60 27.20 1 2 0 04 金杯SY132 12.80 27.60 1 2 0 05 金杯SY450 11.80 28.00 1 2 0 06 菲亚特50NC-A 21.80 35.00 1 2 0 07 跃进NJ131 20.20 38.20 1 2 0 08 江淮HF140A 18.90 41.80 1 2 0 09 跃进NJ134A 13.30 43.10 1 2 0 10 奔驰LPK709 22.00 44.00 1 2 0 11 五十铃NPR595G 23.50 44.00 1 2 0 12 切贝尔D350 24.00 48.00 1 2 0 13 三菱T653B 29.30 48.00 1 2 0 14喀什布阡131 18.00 50.25 1 2 0 15 三菱FR415 30.00 51.00 1 2 0 16 切贝尔D420 28.20 54.80 1 2 0 17 交通SH141 25.55 55.10 1 2 0 18 五十铃FSR113N 36.00 55.50 1 2 0 19 依维柯7913 29.00 56.50 1 2 0 20 解放CA340 22.10 56.60 1 2 0 21 雷诺JN75 30.50 58.50 1 2 0 22 吉尔130 25.75 59.50 1 2 0 23 解放CA10B 19.40 60.85 1 2 0 24 解放DD341 21.80 61.00 1 2 0 25 扶桑T653ZD 31.00 63.00 1 2 0 26 东风LZ341 29.50 64.50 1 2 0 27 东风LZ340 27.00 64.60 1 2 0 28 奔驰LPK913 27.00 66.00 1 2 0 29 解放SP3101 26.00 67.10 1 2 0 30 东风KM340 24.60 67.80 1 2 0 31 布切奇5BR2N 24.55 67.95 1 2 0 32 东风SP3090 24.50 68.00 1 2 0 33 东风DD347 24.00 68.10 1 2 0 34 解放DD349 26.00 68.20 1 2 0 35 解放CA50 28.70 68.20 1 2 0 36 东风AS141DL 25.00 68.30 1 2 0
三轴试验相关理论知识 一、基本概念 1.常用术语 法向力——垂直于滑动面上的应力，也叫正应力σ。σ=N/A （N ：作用于滑动面的力；A ：滑动面的 面积） 剪应力——与法向力垂直的切向应力τ。τ=F/A （F ：与法向力相垂直的摩擦力） 主平面——没有剪应力的平面。 主应力——主平面上的法向应力（正应力）。在相互垂直的立方体上(图1)又分成： 大主应力（σ1）——轴向应力； 小主应力（σ3）——径向应力； 中主应力（σ2）——界于大、小主应力之 间的径向应力。 (常规三轴试验的试样呈圆柱形，中、小主应力相等，即σ2=σ3，谓之轴对称条件下的试验。) 偏应力——轴向应力与径向应力（或大、小主应力） 之差，即（σ1-σ3）。 摩檫角——剪应力达到极限（土体开始滑动）时的 剪破角Φ，此时Φ=α （tan Φ为摩檫系数） 图1 主应力与主应力面 抗剪强度——随着剪应力的增加，剪阻力亦相应增加。而剪阻力达到一定限度就不再增大这个强度 称为土的抗剪强度。 2.摩尔圆 摩尔圆源自材料力学之应力圆，由于是科学家摩尔首先提出的，故叫摩尔圆。（图2）通过土体内某微小单元的任一平面，一般都作用着一个合应力，并可分解为法向应力（σ）和剪应力（τ）两个分量。如图3，沿圆柱体轴线取一个垂直面作应力分析，可得如下的关系式： 将两式平方后相加，整理后得出 图2 摩尔应力园 上式的几何意义是，在σ-τ坐标系里以（σ1+σ3）/ 2，0为圆心、（σ1-σ3）/ 2为半径的圆。 在三轴试验轴对称时的平面上，当试样给定σ1和σ3，如果已知试样上的大、小主应力面的方向，就可以从摩尔圆上确定试样内任一斜面上的剪应力τ和法向应力σ。摩尔圆在σ-τ坐标系里的应力关系如图4所示。图的右边为一三轴试样，左边为相应的摩尔圆。过圆的D 点（σ1）作平行于试样大主应力面AB 线，交圆上 Op 点；过圆E 点（σ3）作平行于小主应 力面AC 线，必通过Op 点（∵AB 与AC 正 交，∠DEOp 是半圆的圆周角）。然后经交 点Op 作与OpD 线成α角的直线，交圆于P 图3 三轴试样的应力状态 α σστασσσσσ2sin )(2 1 2cos )(21)(21313131-=-++= 2312231)2 ()2(σστσσσ-=++-
基于有限元的钢板弹簧应力分析 蒋阳 西华大学交通与汽车工程学院 摘 要：本文讨论了利用ANSYS 软件对钢板弹簧进行映射网格划分，并在两簧片的接触区域生成ANSYS 软件所提供的接触单元，建立起多片钢板弹簧的有限元模型。分析了施加预负荷和工作负荷时，板簧应力值显著增长的部位，从而预测板簧产生断裂的部位，可为改进设计提供指导作用。关键词：板簧、仿真、模态 1引言 钢板弹簧具有结构简单，制造、维修方便，除了作为弹性元件外，还可兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用，其片间的接触、摩擦在弹簧振动时还将起到阻尼的作用，是重要的高负荷安全部件，目前在商用车上仍被广泛采用[1]。 传统的钢板弹簧设计方法分为：三角形板计算法，板端接触法，共同曲率法[2]。上述三种计算方法对实际工作中的钢板弹簧进行简化，并不能反应实际工作中存在的复杂的非线性状态以及接触情况。 本文利用有限元分析软件ANSYS，对十片钢板弹簧的装配过程和工作过程进行计算分析的基础上， 求得在预负荷和工作负荷作用下的应力与位移等响应情况，为实际钢板弹簧的设计中确定参数提供了依据。 2计算模型的建立 某车型的板簧总成的三维实体结构见图1。板簧建模时，考虑板簧总成对称性，同时为了方便建模，取其1/4为研究对象。通过单元solid45划分网格之后，得到12390个单元和12348个节点。 图1 板簧的三维模型图 3钢板弹簧的材料属性和网格划分 钢板弹簧的材料为60CrMnBa，弹性模量为206GPa，泊松比为0.26。 solid45单元用于构造三维实体结构。单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。该六面体单元有8个节点，每个节点具有X、Y、Z 三个方向的平动自由度，可以进行塑性分析、蠕变分析、膨胀分析、应力硬化分析、大变形分析和大应变能力[1]。 用单元solid45划分网格之后，得到12390个单元和12348个节点。 4钢板弹簧的片间接触单元的建立 钢板弹簧总成的片与片之间，接触与否事先未知，而且接触后存在着滑移，所以在片与片的节点间建立接触单元，模拟片间的作用力。在ANSYS 中，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，主要通过识别接触对与生成接触单元，设置单元关键字和实常数来创建。利用接触单元可以跟踪接触位置、保证接触协调性防止接触表面相互穿透；并在接触表面之间传递接触应力(正压力和摩擦力)。本文选用的接触单元分别是TARGE170 （ 三维目标单元） 与CONTA173（三维8节点面与面接触单元）[2]。本文单元的实常数采用默认值。摩擦采用库仑模型，钢板弹簧之间的摩 101
文章编号:100227602(2007)1220001203 25t轴重重载货车车轮强度分析 王宏林,李 芾,黄运华 (西南交通大学机械工程学院,四川成都610031) 摘 要:根据U IC和欧洲EN的有关标准确定车轮的机械载荷及载荷工况,考虑到轮轴过盈配合,计算了25t轴重重载货车磨耗到限车轮的应力,并对该车轮进行了静强度和疲劳强度评定。计算结果表明,在机械载荷作用下,25t轴重重载货车磨耗到限车轮的静强度和疲劳强度均满足设计要求。 关键词:货车;车轮;静强度;疲劳强度 中图分类号:U270.1+2 文献标识码:A 车轮作为铁路货车的重要承载部件,其可靠性与列车的安全运行密切相关。随着轴重的增加,对车轮的静强度和疲劳强度也提出了更加严格的要求。运行过程中的车轮承受多种复杂的载荷,轮轨间作用力、制动过程中由摩擦产生的制动热负荷、轮轴间过盈配合、高速旋转引起的离心力等对车轮的应力分布都有很大的影响。本文对25t轴重100km/h货车车轮进行了强度分析。在进行车轮强度分析时考虑了轮轴间过盈配合的影响,使计算结果更接近车轮实际工作情况。 1 研究对象 我国铁路的货运速度由80km/h左右提高到100 km/h,车辆轴重也由21t提高到23t及25t,速度和载重的提高增加了车辆制动功率以及轮轨动作用力,对车辆转向架提出了更高的要求。因此,本文以25t 轴重100km/h货车车轮(新型轻量化S形辐板车轮)为研究对象。该轮新轮直径为840mm,磨耗到限时直径为786mm。由于磨耗到限车轮比新轮的工作环境更加恶劣,故本文对磨耗到限车轮进行了强度分析。 铁道车辆轮轴装配采用过盈配合的方式组装,其过盈量控制在轮毂孔直径的018‰～115‰之间[1],本文取其最大值(过盈量为01315mm)。 2 车轮强度分析 2.1 有限元模型 由于车轮结构和载荷是轴对称的,故在分析时选取结构的二分之一建立有限元模型。模型包括37722个节点,33180个三维实体单元。为考虑模型的几何 收稿日期:2007206208 基金项目:教育部高等学校骨干教师资助计划项目 作者简介:王宏林(19842),女,硕士研究生。特性,在对称面上施加对称约束,在轴的一个端面上施加全部约束。有限元模型如图1所示 。 2.2 计算工况 车轮机械载荷作用位置和方向如图2所示。图中,p为转向架轮重,p j=1125p(j=1,2,3),H2= 017p,H3=0142p 。 根据U IC510—5:2003《整体车轮技术认证》和EN13979—1:2001《铁路应用轮对和转向架车轮技 ? 1 ? 试验研究铁道车辆 第45卷第12期2007年12月
《化工设备设计基础》 课程设计 圆环形联轴器膜片的应力计算 指导教师：王悦老师 班级：0 8 2 0 6 2 1 姓名：许国福 学号： 3 6
一、工程背景 金属膜片挠性联轴器主要有金属膜片组、法兰盘、两端轴、中间轴和链接螺栓组成，是一种有广泛发展前途新型的可取代齿式联轴器和弹性联轴器的两轴挠性连接装置。目前常用结构有圆环式、多边式和束腰式。由于圆环式结构简单、制造方便而得到较为广泛的应用。20世纪80年代有国外引进的各种装置、设备或引进的技术制造的设备上均大量配用此种联轴器。实践证明，金属膜片联轴器失效在通常情况下均为膜片疲劳环所致，因为许多国内外学者致力于膜片应力和寿命分析，从中研究影响因素。本次研究是在重载、高转速、安装有较大偏差工况下对给定的8孔联轴器中的圆环膜片进行应力计算。从中寻求合理的膜片结构参数和允许的安装误差及最大承受载荷。 二、ANSYS工程分析理论介绍 ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型； 分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力； 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。 ANSYS主要技术特点： 1）实现多场及多场耦合分析； 2）实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型 FEA 软件；3）具有多物理场优化功能的 FEA 软件； 4）具有中文界面的大型通用有限元软件； 5）强大的非线性分析功能； 6)多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置； 7)支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一； 8)数据文件全部兼容。 三、主要技术参数及任务
第四讲 热分析上机指导书 CAD/CAM 实验室，USTC 实验要求： 1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。 2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。 内容1：冷却栅管问题 问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。冷却栅材料为不锈钢，特性如下： 导热系数： W/m ℃ 弹性模量：×109 MPa 热膨胀系数：×10-5 /℃ 泊松比： 边界条件： （1）管内：压力： MPa 流体温度：250 ℃ 对流系数 W/m 2℃ （2）管外：空气温度39℃ 对流系数： W/m 2℃ 假定冷却栅管无限长，根据冷却 栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。 练习1－1：冷却栅管的稳态热分析 步骤： 定义工作文件名及工作标题 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> Window Options ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。 定义单元类型及材料属性 定义单元类型：GUI: Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit>Delete 命令，弹出【Element Types 】对话框，单击Add 按钮，弹出【Library Type 】对话框，选择Thermal Solid Quad 8node 77选项，单击OK 按钮。 设置单元选项：单击【Element Type 】对话框的Options 按钮，弹出【Plane77 element type options 】对话框，在Element behavior 下拉列框中选择Axisymmetrical 选项，单击OK 按钮，单击Close 按钮。 设置材料属性：GUI: Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models ，弹出【Define （） （）
圆孔应力有限元分析 陈春山 （安徽工业大学工商学院机械工程系） 摘要：ANSYS软件的应用领域非常广泛，可应用在以下领域：建筑、勘查、地质、水利、交通、电力、测绘、国土、环境、林业、冶金等方面，应用ANSYS软件，对平板中心圆孔的应力集中进行了有限元分析，对圆孔平板在单向和双向应力条件下的应力状况进行了计算和分析，并将有限元结果与解析解进行了比较。 关键词: 平板开小圆孔; 应力集中; 有限元分析 Round hole stress finite element analysis CHEN Chunshan (Industrial & commercial college , anhui university of technology department of mechanical engineering) Abst ract : ANSYS soft ware has a very wide range of applicat ions, can be used in t he following areas: construct ion, exp lorat ion, geology, survey ing an d mapp ing, land, wat er conservancy, t ransport at ion, elect ric p ower, environment, forestry, met allurgy, et c., t he app licat ion of ANSYS software, t he flat round hole at t he centre of the finit e element analysis of st ress concent rat ion of circle hole p lat e under t he condit ion of unidirect ional and bidirect ional st ress calculat ion and analysis, t he stress condit ion and t he finit e element result s are comp ared wit h those of t he analyt ical solut ion Key words: flat open small round hole; Stress concentration; The f inite element analysis l 前言
产品简介 1）单向、双向精密膜片弹性联轴器结构特性 单向、双向精密膜片弹性联轴器主要由轴套、弹性片、胀紧套和隔套组成。图1示出了双向挠性膜片弹性联轴器结构，单向膜片弹性联轴器没有隔套，如图2所示，也可用胀紧套结构如图3所示，且只有一组弹性片。弹性片用薄的不锈钢制成，呈方形，主动轴由它将扭矩传递到从动轴，由于弹性组成不会产生复合应力，所以传递扭矩大，同时，由于弹性组件的变形,可以补偿轴的角度误差,偏心和轴向窜动。图4示出了圆锥轴孔联接的单向膜片联轴器，目前01，02，03，04等四种规格。
2）单向、双向精密膜片弹性联轴器与轴的联接型式 单向、双向精密膜片弹性联轴器与传动轴的联接主要有三种型式：①圆柱形孔和平键联接（图1）（图2）；②胀紧联接套联接（图3）；③圆锥轴孔联接（图4）；其中胀紧联接套最为理想，装配拆卸方便、传动精度高，但成本也高一点。主要用于传动精度和速度要求高的场合。例如加工中心和数控机床进给传动系统中伺服电机和丝杠的联接。圆柱形孔和平键联接可应用于各种机械传动，结构简单，成功较低，性能可满足机械传动要求，锥形孔联轴用于采用圆锥形状的伺服电机和传动轴，对中性较好，成本介于上述两种联接方法之间。 单向、双向精密膜片弹性联轴器的轴型式及代号，联接型式及代号，轴孔尺寸，联接尺寸以轴孔与轴伸的配合请参见附录《联轴器轴孔和联接型式与尺寸》GB/T 3852-1997中的有关规定。 3)单向、双向精密膜片弹性联轴器的标记 1.单向、双向精密膜片弹性联轴器的型号 单向、双向精密膜片弹性联轴器可分为单向膜片联轴器可分为单向膜片联轴器，型号为DML 和双向膜片弹性联轴器，型号为SML。在双向膜片弹性联轴器中，按隔套的长短又可分为短隔套型，型号为SML/D；标准隔套型，型号为SML；长隔套型，型号为SML/C。 2.单向、双向精密膜片弹性联轴器的规格代号 单向、双向精密膜片弹性联轴器尺寸大小用规格代号表示。规格代号用数字表示，从01起顺
应力分析 摘要：对六孔圆环形和束腰形膜片，利用有限元方法和薄板弯曲理论建立膜片应力计算模型。引入改进的局部应力-应变法，建立计算膜片联轴器膜片疲劳裂纹形成寿命的模型和方法。定量分析两种形式膜片的应力、附加载荷的疲劳寿命，最后，得出对膜片组设计有参考价值的结论。 关键词：膜片；联轴器；局部应力—应变法；疲劳；裂纹 引言 膜片联轴器(亦称叠片、钢片联轴器)是一种有广泛发展前途的、新型的、可取代齿式联轴器的两轴联接装置。它由两端轴、膜片组、中间轴和连接螺栓组成(图1)。其中，膜片组由一定数量的薄不锈钢涂层膜片叠合而成，通过它来传递转矩和运动。 图1膜片联轴器结构示意图() 联轴器所连接的两轴，由于制造和安装误差、承载变形、热变形以及机座下沉等原因，轴线间会产生某种程度的轴向、角向、径向偏移。轴线的相对偏移会在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷，使机组工作条件恶化。膜片联轴器能通过膜片的挠性来吸收轴线间的三向偏移，改善工作条件。膜片联轴器能传递大的转矩，而且具有结构简单、加工方便、不需润滑等优点，因而广泛应用于航空、舰船、石油化工、机械制造等领域。 本文根据膜片的结构和工作特点，针对工程设计中常见的六孔圆环形和束腰形膜片(图2、3)，利用有限元方法建模，分析膜片的应力，并编写了相应的应力计算软件。在此基础上，引入修正的局部应力-应变法估算膜片疲劳裂纹形成寿命，为工程设计提供了理论依据与方法。 图2圆环形膜片
图3束腰形膜片 1膜片应力分析 膜片是膜片挠性联轴器的关键元件，由于轴线间偏移、传递转矩、承受离心力，膜片工作时处于复杂的受力状态。膜片作为弹性元件，承受的负荷如表1所示。 表1膜片承受的负荷 轴向偏移传递转矩旋转离心力螺栓拧紧力角向偏移 弯曲应力膜面应力离心应力挤压应力弯曲应力 表中前4种为稳态应力，后一种为交变应力，这里着重讨论轴线间偏移和传递转矩时膜片的应力。 膜片变形是薄板弯曲问题，一般情况下，膜片承受的预变形是小变形，采用小挠度理论来处理。 膜片上相邻两孔的螺栓分别与两端轴和中间轴的凸沿相连接，即螺栓相间反向布置，导致它们之间通过膜片的挠性可以有相对位移。当确定一个孔所在的位置是固定时，相邻的两孔处，由于预变形而导致法向作用力，对隔过一个孔的第三孔，又可为固定约束。图4说明了这种约束与载荷的作用情况。 图4膜片预变形受力与约束情况 根据轴向预变形的载荷对称性和结构对称性，可取三分之一膜片来进行分析(图5)。小变形条件下，可以应用薄板弯曲小挠度理论。对三分之一膜片进行网格划分(三角形薄板单元)和有限元计算，每个节点有三个自由度。如果约束AB、CD边的自由度，则应力计算值将过大。实际上，膜片AB、CD处可以发生翘曲等不规则的变形，故AB、CD边应作为自由边。在两端的半圆孔上施加约束，中间螺孔承受载荷。这样就把它作为静定简支结构来处理。膜片模型有两种形式，即图5a忽略螺孔的影响和图5b 计及螺孔的影响，为了更精确，宜采用图5b所示的模型。经有限元计算，得到载荷和膜片应力、挠度的对应关系。 对于角向预变形，可近似采用图5的计算模型。 图5 轴向预变形约束及受力图 膜片传递转矩时，转矩是通过主动螺栓利用膜片元件带动从动螺栓，沿螺栓分布圆切线方向传递的(图6)。忽略膜片间微小的相对运动，认为各膜片均匀承担转矩。螺栓作用在膜片上的力在膜片平面内，按平面应力问题求解，取三分之一膜片的一半，简化计算模型如图7所示。
第四讲 热分析上机指导书 CAD/CAM 实验室，USTC 实验要求： 1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。 2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。 内容1：冷却栅管问题 问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。冷却栅材料为不锈钢，特性如下： 导热系数： W/m ℃ 弹性模量：×109 MPa … 热膨胀系数：×10-5 /℃ 泊松比： 边界条件： （1）管内：压力： MPa 流体温度：250 ℃ 对流系数 W/m 2℃ （2）管外：空气温度39℃ 对流系数： W/m 2℃ 假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。 ? 练习1－1：冷却栅管的稳态热分析 步骤： 1. 定义工作文件名及工作标题 1) 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。 2) 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。 3) 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> Window Options ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。 2. 定义单元类型及材料属性 1) 定义单元类型：GUI: Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit>Delete 命令，弹出【Element Types 】对话框，单击Add 按钮，弹出【Library Type 】对话框，选择Thermal Solid Quad 8node 77选项，单击OK 按钮。 2) 设置单元选项：单击【Element Type 】对话框的Options 按钮，弹出【Plane77 element type options 】对话框，在Element behavior 下拉列框中选择Axisymmetrical 选项，（）（）