关节轴承式叠片联轴器的设计研究

论文摘要

具有自动对中功能的联轴器是大型转子轴承系统结构设计和动力学特性研究的一个重要课题。至今国内外在这一领域的研究以论文形式的成果居多,具有较大补偿功能的、具有应用前景的设计较少,其中一个主要限制就是联轴器的角向补偿能力。针对叠片联轴器的主要功能、辅助功能和附加功能的分析与研究,引入了关节轴承,利用关节轴承的内外圈可以有一定限度的自由转动的特点,使法兰盘的端面能有一定的转动空间,突破传统的叠片联轴器在结构上补偿角不对中量小的限制,提出“关节轴承式叠片联轴器”的概念,建立关节轴承式叠片联轴器的力学模型和数学模型,对关节轴承式叠片联轴器的结构进行优化设计。用经典力学方法和有限元法进行各种载荷分析,对分析结果进行比较研究,证明了力学模型的正确性、设计方法的可行性、结构设计的合理性;从几何角度进行补偿机理的研究,并对组合结构进行动静力学分析,最后进行了样机制作和试验。试验表明:试验结果与理论研究结果完全一致,关节轴承式叠片联轴器运行良好,能补偿两轴线三方向的位移,补偿角度可达3°。设计的关节轴承式叠片联轴器已获得了专利。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 叠片联轴器的发展史与研究现状
• 1.1.1 传动联接件的发展史
• 1.1.2 传动联接件的发展趋势
• 1.1.3 叠片联轴器的发展史与研究现状
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 研究的目的和内容
• 1.4 本课题研究的特色与意义
• 2 关节轴承式叠片联轴器的设计原理
• 2.1 叠片联轴器的运行特点
• 2.2 关节轴承的运动特点
• 2.2.1 关节轴承的分类
• 2.2.2 向心关节轴承的运动特点
• 2.3 关节轴承式叠片联轴器的设计原理
• 2.4 叠片形状的选择
• 2.4.1 叠片型式
• 2.4.2 本联轴器叠片形状的选择
• 2.5 叠片材料的选择
• 2.6 本章小结
• 3 关节轴承式叠片联轴器中叠片的静力分析
• 3.1 受力分析与力学模型
• 3.2 传递转矩时的力学模型及膜片应力分析
• 3.3 离心力载荷作用下的力学模型及膜片应力分析
• 3.4 轴向载荷作用下的力学模型及膜片弯曲应力
• 3.5 角向载荷作用下的力学模型及膜片弯曲应力
• 3.6 综合载荷作用下膜片的应力分析
• 3.7 本章小结
• 4 关节轴承式叠片联轴器叠片的有限元分析及参数选优
• 4.1 有限元理论与方法
• 4.1.1 有限元法的计算原理
• 4.1.2 有限元法的计算方法
• 4.2 ANSYS有限元分析软件简介
• 4.2.1 ANSYS软件的应用范围
• 4.2.2 ANSYS数据接口程序
• 4.3 关节轴承式叠片联轴器中叠片的几何参数
• 4.4 叠片几何尺寸对承载能力等因素的影响
• 4.4.1 小型叠片承载能力计算结果
• 4.4.2 中型叠片承载能力计算结果
• 4.4.3 大型叠片承载能力计算结果
• 4.4.4 叠片厚度变化对叠片承载能力的影响
• 4.5 综合载荷作用对叠片承载能力的影响
• 4.6 综合载荷作用下叠片厚度变化对叠片应力的影响
• 4.7 叠片参数选优
• 4.8 本章小结
• 5 解析解与有限元解计算结果对比
• 5.1 同一转矩作用下叠片应力分析
• 5.2 同一轴向载荷作用下叠片应力分析
• 5.3 同一角向载荷作用下叠片应力分析
• 5.4 本章小结
• 6 关节轴承式叠片联轴器叠片参数的优化及其仿真
• 6.1 优化理论与方法
• 6.2 MATLAB优化工具箱
• 6.2.1 优化工具箱简介
• 6.2.2 优化工具箱的工程应用步骤
• 6.2.3 MATLAB优化目标函数的建立
• 6.2.4 MATLAB优化序列二次规划法（SQP）的实现
• 6.3 关节轴承式叠片联轴器中叠片参数的优化
• 6.3.1 模型的建立
• 6.3.2 优化程序设计
• 6.3.3 优化结果分析
• 6.4 关节轴承式叠片联轴器的机构运动仿真
• 6.4.1 关节轴承式叠片联轴器效果图
• 6.4.2 Pro/E作机构运动仿真
• 6.5 本章小结
• 7 关节轴承式叠片联轴器角度不对中的补偿机理分析
• 7.1 模型的建立
• 7.2 角度不对中的第一类补偿
• 7.3 角度不对中的第二类补偿
• 7.4 两类补偿中膜片的变形分析
• 7.5 本章小结
• 8 关节轴承式叠片联轴器组合结构的力学分析
• 8.1 组合结构的静力学分析
• 8.1.1 组合结构模型的建立
• 8.1.2 组合结构的静力学分析
• 8.2 组合结构的动力学分析
• 8.2.1 组合结构动态特性分析模型
• 8.2.2 位移协调条件
• 8.2.3 系统振动方程
• 8.2.4 组合结构的有限元模型
• 8.2.5 组合结构的自由模态计算
• 8.3 组合结构的谐响应分析
• 8.4 本章小结
• 9 关节轴承式叠片联轴器的样机实施与试验
• 9.1 关节轴承式叠片联轴器试验样机设计
• 9.2 样机试验
• 9.2.1 试验目的
• 9.2.2 试验方案设计
• 9.2.3 试验
• 9.2.4 试验结果分析
• 9.3 本章小结
• 10 总结与展望
• 10.1 研究工作总结
• 10.2 今后的工作方向与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录