基于SolidWorks的滑块式万向接轴扁头的强度分析

， 作者简介： 杨 国 来（ 男， 教授， 主要从事液压元件及自 １ ９ ６ ３ －） 动 控 制 方 面 的 教 学 与 科研 工作 。 收稿日期： ２ ０ １ １年５月２ ７日
责 任 编辑 马丹
Hale Waihona Puke 《 · 数 字 技术与机 械加 工工艺 装 备 ２ 新技术新工艺 》 ０ １ １年 第１ １期
２ 滑 块 式 万 向 接 轴 开 口 式 扁 头 建 模 与 有 限 元分析
２． １ 扁 头 的 材 料 属 性 及 模 型 的 建立
１ １ 扁头由３ 弹 性 模 量 Ｅ＝２． ５ Ｃ ｒ Ｍ ｏ 制造 ， １×１ ０ ８ ， 。 泊 松比 μ＝０． 屈 服 强 度δ Ｐ ａ ２ ８， ４×１ ０ Ｐ ａ Ｓ ＝４． 对 扁 头 进行 建 模 ， 实 体模 型 如图 ２ 所示 。
［］ 传递 ° ０ °１ ， 滑 块 式 万 向 接轴 允 许 倾 角 可 达 ８ ～１ · ， 转矩为３ 因 此 广 泛 应 用 于 大 转 矩 ０～３ ０ ０ ０ｋ Ｎ ｍ
相 差 较大 ； 光弹试验 模 拟 法 程 序 复 杂 且 试 验 成 本 较 高 。 随着 计 算 机 技 术 的 迅 速 发 展 ， 带动了数值分析 技术 特 别 是有 限元 分析 技术的 发 展 ， 其 计 算 精度 高 ， 可 以模 拟 多种工 况 ， 现在 应 用 非 常 广 泛 。
２． ２ 扁 头 模 型 的 网格 划 分 及约束加载 由于 扁 头 的 结 构 及 所 受 载 荷 均 对 称， 因此采用 其 结 构 的一 半 进 行 分 析 。 网 格 划 分 时 ， 选择基于曲 率的网格， 最 小 单 位 大 小 设 为 ９ ｍｍ， 设定雅各宾式 检查 为 ４， 共得到７ 网 ５ ５ ３ １ 个节点， ４ ６ ３ ９ ２ 个单 元， 格划 分 及 约 束 加 载 如图 ３ 所示 。 ２． ３ 扁 头 模 型 的 有 限 元 分 析 据 Ｈ． 曼 叶 洛 维 奇 试 验 得 出， 开口式扁头受 Ｍ． 载 面 上 单 位 压 力 分 布 如图 ４ 所 示 ， 单位压力 Ｐ 沿方 向 呈 三角 形 分 布 ， 沿 方 向 为 曲 面 分 布。 单 位 压 力 计 算 公式 为 ：
·３ １·
／ ／ 点， 即离边 缘ｂ ３和距离接触面 中 心 线 Ｏ Ｔ 为ａ ２ ０ 处， 如图 ５ 所示 。 当 万 向 接轴 传 递 的 扭 矩 为 Ｍｎ 时 ， 合 力 Ｐ 计 算 公式 为 ：
Ｍｎ Ｐ＝ ２ ｂ ｂ ０－ ３ 本文仅 做 静 态 时 扁 头
的应 力 分 析 ， 将上式求得
［ ２］
１ 滑 块 式万向 接 轴 简 述
滑块式万向 接 轴 由 扁 头、 月 牙 形 滑 块、 小 方 轴、 。叉头通 叉头、 青铜滑板等部 件 组 成 （ 如 图 １ 所 示） 过月牙形滑块传递 转 矩 给 扁 头， 然后由扁头传递给 其 他 工作 部 件 。
有 理 论 分析 法 、 光 弹 试 验 模 拟 法 和 有 限 元 法 ３ 种。 理 论 分析法 作 了 许 多 假 设 及 简 化 ， 计算结果与试际
此外采用有限元法分析时一旦建立合理的有限元模型可利用数值计算方法模拟出不同载荷所产生的应力分布可全方位地反映出扁头的受力状态所得出的结果准确度较高有一定的参考意义可为进一步的整体结构优化打下基础还可有效地减少试验成本
基于 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄＷ ｏ ｒ ｋ ｓ的 滑块式万 向 接轴扁头 的 强度 分析
及 较大 倾 角 的 轧 钢 机 主 传 动 中 。 根据 扁 头 或 叉 头 形 可 分 为 闭 式、 开 式 和 带 筋 板 式 ３ 种 形 式。当 前， 状， 国 内 外 大 型 轧 钢 机 因 接轴 破 断 导 致 企 业 长 时间 停 产 事件屡见不鲜， 所 以 对接轴 的应 力 分析 、 强度校验等 有 普遍 的 现 实 和 经济 意 义 。 万 向 接轴 的应 力 分析 与 强 度 校 验 常用 的 方法
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］ ： 高 压 旁 路 阀 控 制 系统 设 计 ［ 机 床 与 液 压， Ｊ ． ２ ０ ０ ９， ３ ７（ ７） ８ ４ － ８ ５． ［ ］苏 永 刚 ， 车 坚 志， 王 绍 斌， 等． 重载车辆联合制动系统电 ５ ］ 液比例 阀 非 线 性 仿 真 及 试 验 分 析 ［ 车 辆 与 动 力 技 术， Ｊ ． （ ） ： ２ ０ ０ ８， １ １ ２ ４ １ ８ １ ９． － ［ ］许 益 民 ． 电 液 比 例 控 制 系统 分析 与 设 计 ［ 北京 ： 机械 ６ Ｍ］ ． 工业 出 版社 ， ２ ０ ０ ５． ［ ］李 洪 人 ． 液压控制系统 ［ 北 京： 国 防 工 业 出 版 社， ７ Ｍ］ ． １ ９ ８ １． ［ ］王 春 行 ． 液压控制系统 ［ 北 京： 机 械 工 业 出 版 社， ８ Ｍ］ ． １ ９ ９ ９． ［ ］黄 忠霖 ． 控 制 系统 ＭＡ 北京： 国 ９ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ计算及仿真 ［ Ｍ］ ． 防 工业 出 版社 ， ２ ０ ０ ４． ［ ］宋洪 法 ． 控制 器 参 数 自 整 定 方 法 研 究 ［ 北 京： 北京 １ ０ Ｄ］ ． 化工大 学 ， ２ ０ ０ ５． ［ ］刘 金 琨 ． 先进 Ｐ 北京 ： 电子 １ １ Ｉ Ｄ 控 制 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 仿 真［ Ｍ］ ． 工业 出 版社 ， ２ ０ ０ ４． ） １ ０ １ ４ Ｒ Ｊ Ｚ Ａ ０ ２ ３ ＊ 甘肃省 自 然 科学 研究 基 金 计划 （
图 １ 滑 块 式万向 接 轴 结构 图 图 ２ 扁 头 实 体 模 型
的压力值 施 加 在 扁 头 接 触 采用限制位移的 表面 上 ， 约束 方 法 对 扁 头 进 行 约 束。对 于 受 载 面， 在加载 前 一 定 要进行 单 元 耦 合 刚 化 处 理 。 有 限元 求 解 部 分 结 果如图 ６ ～ 图 ８ 所示 。
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邓桥辉 ， 舒大文， 何 船， 宋婷婷
（ ） 昆明理工大学 机电工程学院 ， 云南 昆明 ６ ５ ０ ０ ９ ３
摘 要： 在 轧钢 机 中 ， 滑 块 式 万 向 接 轴 的 应 用 非 常 广 泛。 本 文 以 功 能 强 大 的 三 维 绘 图 软 件 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ － 以 某 型 号 轧钢 机 中滑 块式 万向接 轴 中的 开 口 式 扁头 为研究对 象 。 在 软件 中对 扁头 进行 三 Ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ为载 体 ， 维 建模中有限 元 分析 ， 并 进行 强度校 验 。 利用 该 软件 的有限 元 分析 功 能 ， 通过 适 当 的 简化 和 耦 合 处 理 ， 对 模型 进行 约 束 和加载 ， 得 出 扁头 所受 应力的分 布 规律 及 最 大 应力 位 置 处 。 利用 经典 公 式 计算 其最 大等效 并 与 有限 元 分析 结果 对 比 ， 以 判断 该 型 号开 口 式 扁头 的 承 载 能 力 。 应力 ， ； 关 键词 ： 开 口 式 扁头 ； 强度 ； 有限 元 分析 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄＷ ｏ ｒ ｋ ｓ 中 图分 类号 ： ＴＨ １ ３ ３． ４ 文献 标 志码 ： Ａ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｌ ｉ ｅ ｒ ｔ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ Ｓ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ Ｆ ｌ ａ ｔ Ｈ ｅ ａ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ － ｙ ｙ ｐ ｐ ｙ ｐ ｐ