蛇形彈簧聯(lián)軸器的有限元分析.pdf

1、隨著社會(huì)的全面進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國能源供應(yīng)問題引起國內(nèi)外的極大關(guān)注，以可再生、無污染的風(fēng)能作為能源的風(fēng)力發(fā)電成為當(dāng)今世界上可再生能源開發(fā)利用中最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。
　　 在風(fēng)電機(jī)組的高速軸端，通常選用蛇形彈簧聯(lián)軸器作為連接齒輪箱高速軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的連接裝置，因?yàn)檫@種聯(lián)軸器具有剛性聯(lián)軸器之傳遞大扭矩以及彈性聯(lián)軸器之減振緩沖的綜合優(yōu)點(diǎn)。蛇簧聯(lián)軸器屬一種標(biāo)準(zhǔn)部件，目前大多由國外引進(jìn)。我國雖已能生產(chǎn)此類產(chǎn)

2、品，但在自主開發(fā)此類產(chǎn)品方面還處于反求的研究階段，包括國家標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)，缺乏一整套從設(shè)計(jì)、制造到檢驗(yàn)的產(chǎn)品研發(fā)系統(tǒng)。
　　 對(duì)于蛇形彈簧聯(lián)軸器這樣一類風(fēng)電機(jī)組中重要的傳動(dòng)部件，其設(shè)計(jì)的好壞、壽命的長(zhǎng)短都會(huì)影響到整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行。由于外界風(fēng)速的不穩(wěn)定性，蛇簧聯(lián)軸器在低轉(zhuǎn)速下很容易發(fā)生靜強(qiáng)度破壞，而在高轉(zhuǎn)速下又極易產(chǎn)生共振現(xiàn)象;同時(shí)，蛇形彈簧作為聯(lián)軸器的主要聯(lián)接件，是最容易產(chǎn)生疲勞斷裂的薄弱環(huán)節(jié)。這些對(duì)蛇簧聯(lián)軸器的使用都是不利的。因此

3、，為了給我國自主開發(fā)此類產(chǎn)品增添一些第一手相關(guān)分析設(shè)計(jì)依據(jù)，本文著重以風(fēng)電機(jī)組中常用的蛇簧聯(lián)軸器為案例，以有限元方法為主要手段，對(duì)此類聯(lián)軸器進(jìn)行了靜力學(xué)分析、模態(tài)分析以及疲勞分析:
　　 (1)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組中的蛇簧聯(lián)軸器的實(shí)際載荷和工況，對(duì)蛇簧聯(lián)軸器的型號(hào)進(jìn)行選擇及設(shè)計(jì)，建立聯(lián)軸器各零件的力學(xué)模型，分別對(duì)兩半聯(lián)軸器和蛇形彈簧進(jìn)行了強(qiáng)度理論分析和計(jì)算;通過PRO/E完成了聯(lián)軸器各零件的建模及聯(lián)軸器的裝配，并運(yùn)用ANSYSWorkb

4、ench對(duì)蛇簧聯(lián)軸器進(jìn)行了靜力分析，分析出在最危險(xiǎn)工況下聯(lián)軸器的應(yīng)力分布情況，得出的應(yīng)力最大值221.61MPa，與理論分析的結(jié)果282.67MPa相吻合。
　　 (2)基于振動(dòng)理論，對(duì)蛇簧聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行了微分方程的求解，并通過理論推導(dǎo)出蛇簧聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩和兩半聯(lián)軸器的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系，同時(shí)通過分析原點(diǎn)剛度得出了幾種減振的措施;最后運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)蛇簧聯(lián)軸器進(jìn)行了前8階的模態(tài)分析，以分析出聯(lián)軸器的固有振動(dòng)特性，通過推

5、導(dǎo)求出各階臨界轉(zhuǎn)速，將其與聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速比較，找出共振原因，從而避免共振造成的破壞。結(jié)果表明:蛇簧聯(lián)軸器在額定轉(zhuǎn)速1500r/min下工作是安全的，而在最高工作轉(zhuǎn)速2440r/min下工作很容易出現(xiàn)蛇簧聯(lián)軸器的共振現(xiàn)象。
　　 (3)以疲勞分析基本方法、斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)蛇簧聯(lián)軸器中最容易出現(xiàn)疲勞斷裂的蛇簧進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度的分析;運(yùn)用有限元分析分析模塊ANSYSFatigueModule對(duì)其進(jìn)行了壽命分析，得到蛇簧的疲勞壽命圖。