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波纹管联轴器的有限元仿真分析

2021-03-02 15:29:53

波纹管联轴器的有限元仿真分析:为了考核波纹管联轴器在热-力共同作用下的强度和在发射频率下的刚度,首先利用在三维建模软件UG中建立了波纹管联轴器的有限元模型,然后结合有限元软件的Nastran求解器,对波纹管联轴器进行了热-应力耦合分析和工况模态有限元分析,较后通过对有限元仿真结果进行分析,深受了其力学特性。波纹管联轴器是用金属波纹管直接与两个半联轴器焊连而成,是一种新型的联轴器,两端轴孔用于主、从动轴间连接,由于其主体元件精 密金属波纹管不但能够补偿径向、角向和轴向偏差,而且具有顺时针与逆时针回转特性全部相同的特性,使得波纹管联轴器具有高扭转刚性、惯性力小以及高灵敏度和零回转间隙,广泛用于精 密传动的联接中。波纹管传统上多采用经验设计方法,或者仅对有限的应用状况进行了相应的试验,而采用有限元分析方法,就可以在设计阶段对可能出现的各种问题进行安 全评判和设计参数修改,因此有需要根据不同应用场合对其进行相对应的有限元分析,对波纹管联轴器实际的强度刚度等进行分析和验证,保护结构设计的合理性与优良性。本文根据以卫星为载体的光谱仪中对定标机构的应用要求和技术指标,结合有限元分析求解器Nas-tran对该机构中的挠性波纹管联轴器进行了热-应力耦合的有限元分析和工况模态分析,获得了波纹管联轴器的应力、位移以及工况模态分布云图,验证了波纹管联轴器的强度和刚度,为后续定标机构的结构设计与优化提供了确定的参考。

2有限元模型的建立以卫星为载体的光谱仪作为应用卫星的功能子系统,在其整个寿命期间,要经历发射、入轨时的机械振动、冲击、噪声以及高低温、微重力、空间辐射等环境的作用的影响。结构受到外部激励时,零部件将产生各种形式的振动,当所受激励的频率与其结构的某一固有频率接近时,就有可能引起结构共振,产生很高的动应力,造成结构的强度破坏或产生不允许的大变形,刚度足够是结构设计的基本要求,同样,由于结构局部或整体上受到的载荷较大,或存在局部应力集中,势必会造成结构应力大于材料的及限应力,有可能造成结构的断裂破坏,而作为确定光谱成像仪输出准确数值过程的在轨的光谱定标和辐射定标,是光谱成像技术应用的一个重要环节,作为联接电机与漫反射板的重要环节的波纹管联轴器,则是力学分析的重 点,其失效与否关系到定标的成败。由于联轴器的波纹管存在大变形,受力状态较为复杂,而有限元法对复杂大变形计算比较准确,所以本文分别采用顺序耦合的热-应力耦合分析和模态分析的有限元方法对波纹管联轴器进行强度和刚度校核,确认定标机构在发射时不会产生刚度、强度失效且在轨的较高温度下能够正常工作。在考虑了热-应力耦合作用基础上对波纹管联轴器进行了有限元仿真分析,深受了联轴器上应力分布状况和较大应力位置,接着进行了工况模态的有限元仿真分析,对仿真结果分析表明,该波纹管联轴器能够适应空间力学环境要求。