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滑块式万向联轴器系统优化设计

2020-11-05 18:28:23

滑块式万向联轴器广泛应用于大型轧机主传动系统中,也是轧机的薄弱环节,某钢厂滑块式万向联轴器在生产过程中多次出现因扁头断裂导致停产的事故。因此,找出扁头断裂原因,对万向联轴器结构进行优化具有重要的意义。

设备结构优化设计常用的方法有解析法和有限元法。在解析法中,由于联轴器结构复杂,分析中对载荷和结构进行了简化使得解析法的结果与实际状况有较大误差。有限元法虽然分析准确度高,但大都以单个零件作为优化对象很难使它和叉头等强度,从而较大程度发挥联轴器的使用效率。以某钢厂宽厚板可逆式轧机的滑块式万向联轴器为研究对象,采用有限元法对其整体进行模拟分析,找出扁头断裂的原因,并在此基础上依据等强度原则对滑块式联轴器结构进行优化。

根据实际工程结构的设计特点与分析要求,用参数描述其关键尺寸,并在建立有限元模型与分析时,以参数表征其过程,把有限元法与优化技术结合起来,在对结构分析可行设计方案的基础上,对其进行进一步的优化设计有限元参数化优化模块采用设计变量、目标函数、约束条件三大变量来描述其优化过程。

根据Miner线性累计损伤理论,计及低于疲劳的应力循环对疲劳寿命的影响对扁头进行疲劳寿命计算。优化前扁头的疲劳寿命为2.47年,与扁头实际工作时间较吻合;优化后扁头的疲劳寿命为12.95年,比优化前的疲劳寿命提高4.3倍。

1)优化前扁头根部过渡圆弧处应力过大是扁头断裂的主要原因。

2)采用有限元参数化优化设计方法对滑块式万向联轴器整体进行优化,摒弃了传统结构设计的被动校核方法及解析法误差大的不足,主动在可行域内寻求设计方案。

3)优化后在使叉头有足够疲劳寿命的前提下,扁头危险部位的主应力降低了19.21%,疲劳寿命提高了4.3倍,达到了优化目标。