膜片联轴器有限元数值模拟

1 有限元模型

膜片联轴器分析模型为多体接触模型，包括螺母与膜片、膜片与膜片、膜片与联接环、联接环与法兰、法兰与螺母，以及螺母与中间轴、中间轴与膜片、膜片与螺母、铰制孔螺栓与膜片间的接触。对膜片联轴器进行三维接触有限元分析时，有限元模型较大，并且接触对较多，而接触问题本身就是表面非线性问题，计算时间较长，其间还存在迭代收敛问题，因此对网格质量和计算方法都有很高的要求。基于映射网格法，采用8 节点六面体Solid45 单元对膜片联轴器进行离散化处理，并接触面之间的网格相互对应，以良好的单元质量，提高计算精度。各接触物体间的接触面建立Targe170 和Conta174接触单元，各螺栓的预紧力采用Prets179 预紧单元模拟，扭矩转化为切向力形式施加到法兰右端，离心力按转速形式施加，中间轴端面施加全约束。整个膜片联轴器的有限元模型，共计节点数127 511，单元数115 049。其中Prets179 单元数709，Targe170 单元数26 149，Conta174 单元数29 343。

2 有限元分析结果

在ANSYS 环境下，采用扩展拉格朗日法来计算多体接触问题。扩展拉格朗日法是通过改变罚因子寻找拉格朗日乘子的迭代过程。与罚函数法相比，接触刚度系数对它的影响相对较小，计算过程中增广拉格朗日乘子法通常能够产生较   的结果。

通过对膜片联轴器的多体接触有限元分析，可得等效应力云图，联轴器仅取1 /4，以直观地显示螺栓的应力状态。联轴器   大等效应力为362 MPa，出现在外圈螺栓连接处，主要是由外圈螺栓组的预紧力引起。与螺母相联的零件应力也较大。膜片组的   大等效应力为106 MPa，出现在膜片与内圈螺栓的接触区域，这是由内圈螺栓组受切向力较大，且为铰制孔螺栓所致。膜片组中   右端的膜片等效应力   大。膜片联轴器的综合位移云图，联轴器   大综合位移为0． 710 mm，出现在膜片联轴器外圈螺栓处，这主要是预紧力和扭矩的联合作用的结果。由于外圈与内圈螺栓组预紧力的作用下，膜片受到挤压，膜片中部出现弯曲，膜片组   大综合位移出现在膜片中部，其值为0． 451 mm。预紧力、扭矩和离心力作用下，膜片组的等效应力和膜片间接触应力分布曲线。各膜片的等效应力值在52 ～ 106 ( MPa) 之间，两端膜片应力较大，中间膜片依次减小且分布较均匀，由于转速较高，离心力对膜片应力影响较为明显。膜片组的   大接触应力为44．4MPa，其中   右端两膜片间的接触应力相对较大，其它膜片间的接触应力分布较为均匀。

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