均匀接触应力液压联轴节及其优化方法技术

本发明专利技术涉及一种均匀接触应力液压联轴节及其优化方法，外套分别设有靠近油腔端部的卸荷槽和远离油腔端部的卸荷槽，优化后的外套靠近油腔端部的卸荷槽尺寸为：外套油腔厚度T=46.6mm，倒角深度h=18mm，倾斜角度α=11.5°，倒角半径R1=15mm，倒角半径R2=4mm；优化的外套远离油腔端部的卸荷槽尺寸为：开槽位置（圆弧圆心到轴系轴心线的距离）Location=386mm，倾斜角度β=26°，开槽深度h3=6mm，倒角半径R3=3mm。本发明专利技术通过非线性接触有限元分析方法和优化方法相结合的方式，对液压联轴节的外套进行优化设计，使得外套与内套接触边界处应力集中度大幅降低，同时能液压联轴节的设计传递轴系载荷能力不降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液压联轴节，尤其是一种均匀接触应力液压联轴节及其均匀接触 应力液压联轴节的优化方法。
技术介绍
随着船舶的大型化发展趋势，船舶吨位越来越大，主机功率不断提高，单轴传递的 扭矩和推力也越来越大。相应的，对于起到联接轴系传递推力和扭矩功能的液压联轴节而 言，对其传递扭矩和推力的指标要求也越来越高，但同时出于总体的考虑，对联轴节的尺寸 和重量的要求也越来越苛刻。单纯依靠放大联轴节物理尺寸的方法来提高其性能指标的技 术路径越来越窄，制造加工的难度也越来越大。目前迫切需要在应用原理技术层面上的创 新来突破发展的障碍。 针对上述发展趋势，国内外液压联轴节生产商均推出了增摩型液压联轴节产品， 较传统型相比增摩型产品有效提高了液压联轴节单位重量的传扭能力。但是无论增摩型还 是传统液压联轴节外套与内套接触边界存均在较高应力集中现象，在液压联轴节的装拆过 程存在内外套发生粘咬的风险，导致零件甚至整套产品的报废。本专利技术即是在原有联轴节 外套的设计基础之上建立参数优化方法，对外套与内套接触的端部进行优化，减小内套外 套接触边界处的应力集中度，提高液压联轴节的装拆可靠性和疲劳寿命。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种可以有效减小接触边界应力集中度的均匀接触应力液压联 轴节及其优化方法，在满足液压联轴节传力要求的前提下，减小液压联轴节的外套与内套 之间的最大接触压力。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种均匀接触应力液压联轴节，其上外套 分别设有靠近油腔端部的卸荷槽和远离油腔端部的卸荷槽，所述卸荷槽具有使内套与外套 的接触边界处应力应力集中有效降低，同时不降低液压联轴节传递轴系载荷能力，所述外 套靠近油腔端部的卸荷槽尺寸为：外套厚度T = 46. 6_，倒角深度h = 18_，倾斜角度α =11. 5°，倒角半径R1= 15mm，倒角半径R2= 4mm ;优化后的外套远离油腔端部的卸荷槽 尺寸为：开槽位置Location = 386_，倾斜角度β = 26°，开槽深度113= 6_，倒角半径1?3 =3mm〇 -种均匀接触应力液压联轴节的优化方法，其步骤为： (1)建立联轴节数学优化模型 进油腔端部优化数学模型为： min pressmax s. t. Pressmin^ press average 20 ^ T ^ 65 10 彡 h 彡 25 10 ^ R1^ 25 0 彡 R2彡 15 0° 彡 α 彡 25° 远离油腔端部的优化数学模型为： min pressmax s. t. Pressmin^ press average 20。彡 β 彡 40° 0 ^ h3^ 20 OS R3S 15 380 Location 400 (2)在计算和优化过程中，以接触端部的最大接触压力为目标，当端部的边界效 应变小以后相邻的接触压力也会变小，从而达到降低外套与内套接触边界应力集中度的效 果； (3)采用平面轴对称单元对联轴节进行分析和优化； (4)联轴节优化尺寸的灵敏度分析 a)倾斜角度α的灵敏度分析 b)外套厚度T的灵敏度分析 c)倒角深度h的灵敏度分析 d)倒角半径R1的灵敏度分析 e)倒角半径R2的灵敏度分析 f)开槽位置Location灵敏度分析 g)倾斜角度β的灵敏度分析 h)倒角半径R3的灵敏度分析 i)开槽深度h3的灵敏度分析 经过以上各参数的灵敏度分析，应用Ansys与Isight的集成优化程序进行优计 算，确定各个参数值，完成优化分析。 (5)优化结果 由油腔端部接触压力迭代曲线收敛得到在满足相应的约束条件下，达到最有的最 小的目标函数；并对优化后的尺寸进行圆整处理，得到圆整以后的优化模型和优化结果。 本专利技术技术方案带来的有益效果： 本专利技术通过非线性接触有限元分析方法和优化方法相结合的方式，对液压联轴节 的外套进行优化设计，使得到外套与内套接触的端部应力集中度大幅减小，从而有延长和 效提高了液压联轴节的使用寿命与可靠性。在液压联轴节传递的设计推拉力和扭矩不降低 的前提下，在原理技术层面上进行创新性，减小了液压联轴节内套与外套的应力集中度，设 备重量也得到了一定程度的减轻，延长了液压联轴节的使用寿命。由于接触边界处应力峰 值减小，拆装过程内套外套相对滑移时的接触压力减小，因此降低了发生粘咬故障的可能 性，提高了其装拆可靠性。【附图说明】 图1为联轴节系统示意图； 图2为图1中A处的外套大端优化模型示意图； 图3为图1中B处外套小端优化模型示意图； 图4为油腔端部卸荷槽尺寸图； 图5为远离油腔端部卸荷槽尺寸图； 图6为疏密网格外套内套接触压力对比图； 图7为三维体单元与二维轴对称单元的比较图； 图8为ANSYS与Isight的集成示意图； 图9为ANSYS与I s i ght数据流程图； 图10为优化前后外套-内套接触应力曲线对比图。【具体实施方式】 下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明 本专利技术的液压联轴节结构如图1至图3(图2、3为图1中A、B处的参数优化结构 示意图）所示，1、2分别为液压联轴节的外套和内套。根据其结构特点对原始无卸荷槽结构 的外套零件进行参数优化设计，寻求使得夹持力均匀的最优外套结构。本专利技术通过非线性 接触有限元分析方法和优化方法相结合的方式，对液压联轴节的外套进行优化设计，使得 外套与内套接触的端部应力集中减小，从而有效延长和提高液压联轴节的使用寿命与可靠 性。图4~图5给出了优化设计后，靠近油腔端部和远离油腔端部的卸荷槽的具体尺寸，按 照这个尺寸设计的联轴节其外套的接触应力小，同时能够满足传递轴系载荷的要求。 外套分别设有靠近油腔端部的卸荷槽（图2)和远离油腔端部的卸荷槽（图3)，如 图4至图5所示，优化后的外套靠近油腔端部的卸荷槽尺寸为：外套厚度T = 46. 6_，倒角 深度h = 18mm，倾斜角度α = 11.5°，倒角半径R1= 15mm，倒角半径R2= 4mm;优化后的 外套远离油腔端部的卸荷槽尺寸为：开槽位置Location = 386mm，倾斜角度β =26°，开 槽深度h3= 6mm，倒角半径R3= 3mm〇 本专利技术的具体优化方法为： (1)建立联轴节数学优化模型 确定方案中各参数变化对联轴节结构应力计算结果的影响分析。 进油腔端部优化数学模型为： min pressmax s. t. Pressmin^ press average 20 ^ T ^ 65 10 ^ h ^ 25 10 ^ R1^ 25 0 ^ R2^ 15 0° 彡 α 彡 25° 远离油腔端部的优化数学模型为： min pressmax s. t. Pressmin^ press average 20。彡 β 彡 40° 0 ^ h3^ 20 OS R3S 15 380 < Location < 400 (2)密网格和疏网格平均压力对比 对于接触非线性问题，接触面上应力集中效应与网格的划分有密切的关系，同时， 之前的验证已经得出，接触面上的接触压力并不随着网格的细分而趋于稳定。 由图6可以看出，随着网格的变化，外套与内套平稳段的接触应力是一致的，但是 对于应力集中的端部效应，最大应力值存在一定的不同。虽然疏网格和密网格接触端部都 会存在应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种均匀接触应力液压联轴节，具有一个外套，其特征在于：所述外套分别设有靠近油腔端部的卸荷槽和远离油腔端部的卸荷槽，所述卸荷槽具有使外套的接触应力最低，同时满足传力要求的几何尺寸，优化后的外套靠近油腔端部的卸荷槽尺寸为：外套厚度T＝46.6mm，倒角深度h＝18mm，倾斜角度α＝11.5°，倒角半径R1＝15mm，倒角半径R2＝4mm；优化后的外套远离油腔端部的卸荷槽尺寸为：开槽位置Location＝386mm，倾斜角度β＝26°，开槽深度h3＝6mm，倒角半径R3＝3mm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振宇，崔利民，陈波，邹义，李杨，司黎明，王晓军，李云龙，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零四研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31