軸用彈性擋圈極限轉(zhuǎn)速研究.pdf

1、軸用擋圈又稱為軸用卡簧，是一種重要的機(jī)械緊固件，其在高轉(zhuǎn)速下的工作性能直接影響機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。研究分析軸用擋圈的極限轉(zhuǎn)速對(duì)于指導(dǎo)軸用擋圈的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和選型以及分析其工作可靠性、避免安全事故具有重大意義。本文選取德國(guó)Seeger Orbis標(biāo)準(zhǔn)軸用擋圈作為分析對(duì)象，以德標(biāo)DIN471軸用擋圈標(biāo)準(zhǔn)為參考，對(duì)軸用擋圈高轉(zhuǎn)速下與軸的接觸狀況進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先介紹了軸用擋圈與卡簧槽配合安裝的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)?；诶碚摿W(xué)

2、與材料力學(xué)基礎(chǔ)理論，分析了非等徑軸用擋圈在靜態(tài)接觸和動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化、接觸狀態(tài)及應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)軸用擋圈徑向最厚處所受離心力最大。推導(dǎo)出軸用擋圈徑向?qū)挾扔?jì)算公式和開(kāi)口大小計(jì)算公式，并通過(guò)MATLAB軟件計(jì)算了擋圈與卡簧槽內(nèi)徑圓輪廓以及相應(yīng)的參數(shù)，利用Pro/E建模軟件建立軸用擋圈三維模型，在ABAQUS有限元仿真環(huán)境中對(duì)軸用擋圈與軸的初始接觸狀況進(jìn)行仿真，并進(jìn)行了軸用擋圈與軸的靜態(tài)接觸點(diǎn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。理論、仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軸用擋圈

3、與卡簧槽的接觸狀態(tài)可簡(jiǎn)化為三點(diǎn)接觸，由此提出了軸用擋圈與軸之間的最先脫離點(diǎn)假設(shè)以及相應(yīng)的徑向失效判據(jù)。
　　基于所建立的徑向失效判據(jù)，對(duì)軸用擋圈在高轉(zhuǎn)速下的徑向位移進(jìn)行有限元仿真，依據(jù)德國(guó)彈性擋圈標(biāo)準(zhǔn)DIN471對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明，基于本文所提出的最先脫離點(diǎn)假設(shè)，通過(guò)仿真分析得到的軸用擋圈極限轉(zhuǎn)速與DIN471標(biāo)準(zhǔn)上的數(shù)值誤差均低于8％，從而驗(yàn)證了本文所提出的軸用擋圈徑向失效判據(jù)的有效性。隨后，通過(guò)將軸用擋圈與卡簧槽的內(nèi)

4、接觸變換為銅片與法蘭的外接觸，并采用霍爾元件測(cè)速與光敏元件引發(fā)單片機(jī)外部中斷的方式，建立了軸用擋圈極限轉(zhuǎn)速測(cè)試方法?；诟咚匐娭鬏S、變頻器與鑄鐵工作臺(tái)，搭建了軸用擋圈極限轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并采用三種不同的實(shí)驗(yàn)方案對(duì)不同規(guī)格的軸用擋圈進(jìn)行極限轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，1/4圓周接觸面積的軸用擋圈極限轉(zhuǎn)速最接近DIN471標(biāo)準(zhǔn)參考值。最后，根據(jù)Seeger Catalog給出的軸用擋圈極限轉(zhuǎn)速公式以及本文的分析對(duì)軸用擋圈極限轉(zhuǎn)速的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改良提