梅花接轴扭转强度分析的光力学方法

梅花接轴扭转强度分析的光力学方法 梅花接轴麟强度掌法, , . ,;-一---?. , , 一. I-10?- , .:一,口薯志豪一i.i??:譬?.一--? 摘要:应用光力学方法中的光弹性法度影像云纹法对两种轧辊梅花接轴在受扭状态下的强度作了分析评判. 梅花轴为非田截面,没有剪应力理论解,作者应用了薄膜比拟理论证明三辩状的梅花接轴在强度上比四辩状的要 强.而且也提供了一种零件强度分析的有效方法 关键词:梅花接轴光弹性法投影云纹薄膜比拟应力分析 由电动机发出的力偶矩传递到轧辊上是通过 某种联接方式实现的,梅花状接轴的联接方式是目 前常见的一种.由于轧钢所需的力偶矩很大.因此 计算接轴梅花瓣上的主应力值对强度分析显得十 分重要.作者主要对常见的二种接轴结构形式应用 光弹性方法和投影云纹法联解,不仅解决了生产实 际问题,而且也提供了一种对非圆截面形状零件受 扭的强度评判方法. 口梅花接轴的正应力计算 (1)接触正压应力的假设研究的梅花接轴为 三瓣与四瓣:i/t二种.图1所示为三瓣状一种.图上外 套为主动力作用的零件,梅花轴为被传动零件.梅 花材料条纹值,=339N/m?条. ?键槽弧面上的接触正应力计算在光弹性 模拟过程中,设?的假设也满足,则键槽内凹二分 之一弧面上的接触正应力可按下式求得: =M*d/6,1(1) 二种接轴的计算参数和计算结果列在表中. 裹1梅花轴光弹性模拟中的分析?鼓 注:q为接触圆弧角.j为接触弧长,,为锤长.A为接触面积 ?梅花轴边界面上的正应力计算x~--种冻结 应力后的梅花轴三维光弹性模型切片,在光弹性仪 上可得到如图2所示的等色线应力条纹.条纹应力的 表达式为】: O-t”一口=n(.,_/)(2) 式中n——光弹性等色线应力条纹序数 r——条纹值 模型切片的厚度,文中均为3mm 对于模型上的键槽内凹槽.在二分之一弧的接 触面上.式(2)具体表述为: d=(f/)一?j(3) 对于非接触边界面上.由于无法向正应力.所以 此时式(2)具体表述为: =?n(f/)(4) 式中的正负号由”钉压法”确定. 根据式(3),式(4)获得的二种梅花轴正截面边 界面上的正应力分布情况见图3(a),(b)描述. 图中的应力值.按下式进行应力相似转换…. = (/I)(5) 2001/9塑堂蔓塑塑堕 式中kM=809×1 k0512×10? —— 实型上的应力 矿一模型的应力 目梅花接触的剪应力计算 (1)薄膜比拟法梅花接轴是一个不规则的横 截面形状求这种截面形状下扭转剪应力,没有理论 解.薄膜比拟是一种实验解法,它是基于弹性力学中 的剪应力微分方程与薄膜鼓胀后斜率的微分方程在 数学上的相似性而建立的[2】,根据弹性理论:如果用 一 薄膜张在一个与所研究的横截面形状一样的孔 上,充气后,鼓胀的薄膜其表面张力微分方程为 Z=一q/T(6) 边界条件为五:0?7) 鼓起的体积为2V=2ffxdxdy?8) 且薄膜在,轴方向的斜率为 Il=a:/dyl目l=a=/a【9j 这里为薄膜张力,q为气体压力,z为薄膜 的离面高度.见图4表示. 而另一方面.如果找得到一个扭转应力函数 „,y).使其满足方程 v?=C?10) 和边界条件n=0?11) 于是根据力学条件有M=2ff~dxdy?12) 剪应力关系 ll=却/ayl_l=却/(13) (12)式中——扭矩.分析这二组关系,可见二 者有完全的相似数学关系,进行比较后有: =(M/2l,)B,=(M/2l,)(14) 应用这个结论.可以帮助得到任意截面形状的 剪应力实验解. „2)用影像云纹法刹梅花头边界上的薄膜鼓胀 斜率目对梅花接轴,实验方法是用一块薄橡皮蒙 在 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 上,模板上的孔的周界形状被设计成三瓣,四 瓣两种形状,然后对橡皮冲气使它鼓起,测量它的任 意点的斜率,斜率值就代表被测点的垂直方向上的 剪应力. 图5是测量橡皮鼓胀斜率的影像云纹法装置,它 是在被测物前置一块栅板,一束平行光以角向橡 皮发射,在垂直于栅板的方向上即可观察到条纹,这 些条纹反映了鼓起的橡皮的等高线,这个方法由 Andrew自提出….等高线数值由下式计算: W/tgT?15) 式中——条纹所在位置与栅板的间距 m——条纹序数 0——栅板的栅距 r入射角 图6是在图5装置上拍摄得到的两种梅花状截面 的等高线照片,测试所用栅板的栅距d=1.2mm,入 射角分别为=37.,=30.,充气体积分别为: 42c.=50示键接触区J,点 c在键槽根部,在对这三个点的应力状态进行分析 后得出最危险点在A,C二点处. 由于轧辊材质有时为铸铁,有时为铸钢,因此 在汁算相当应力时.同时应用厂第二第三强度 理论.计算结果见表2. 表2梅花接轴的相当应力-(MPa 口结论 ?梅花接轴,无论是在内凹槽上的有接触压力 的区域还是在内凹槽上无接触压力的区域(根部). 分析结果四瓣状都比三瓣状强度差特别是四瓣状 梅花头在根部的纯剪切应力很大,且发生破坏是在 这凹槽的根部沿45o方向上,这与实际情况吻合 ?应力分析是基于梅花槽在均匀受压力的假 设下.然而在实际 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中.如果由于加工上的误差, 使实际传递的力不均匀分配在梅花接轴上,这就造 成实际工作应力可能大于理论计算应力.且接轴叉 在交变应力工作状态下,这就更容易造成某一个或 两个梅花头的局部先产生疲劳断裂.因此,从这个分 析角度看.四瓣状梅花接轴比三瓣状梅花接轴加工 误差大,且又结构强度弱,所以作者建议,在可能情 况下不采用四瓣梅花接轴作力偶矩转递的零件形 式. ?对零件的强度计算.当前有限元计算是一个 很好的方式,但是,对于诸如梅花接触一类的零件, 由于在接触边界上的力学建模很难精确描述,这会 影响计算结果.作者推荐的光力学方法既可独立地 获得这类复杂工程力学问题的解,而且也可以作为 有限元理论计算的一种实验验证. ?对于应用薄膜鼓胀测取薄膜斜率,Ligtenberg 曾提出过一种直接得到曲面斜率的光学方法”.应用 这个方法,可以大大提高测量斜率的精度,这方面的 进一步研究,将在另文发表. 参考文献 赵清澄光测力学教程.北京:高等教育出版杜,1996 徐芝纶弹性力学,人民教育出版杜 DR.AndrewsShadowMoireContom?ingofImpactCraters. Opt.Eng.211982,4 FKLigtenberg.TheMoireMethod:ANewExperimental eIhodfortheDeterminationofMone~tsinSmallSlabModels Pro~.SEsA.12.1984.2 垒 (编辑凌云) 作者单位:上海应用技术学院 邮政编码:200233 收稿日期:2001#-6月 ……一”„“…………”一………………………”一………一? l《机械制造》杂志社社长; i授权l i上海市一平律师事务所王惠香律师l 严正声明l „机械翩造》杂志杜出版发行的《机械制造》杂志是经国家新闻出版署批准的.具有51年历史的我国机械,仪表工业类, 核心期刊.机械翩造”是<机械制造》杂志社的注册商标,注册商标证第340187”~”,使用商品为第16类”期刊”.该注册商标; i专用权依法成立.受法律保护l 近年来,?机械制造》杂转让”机械制造”注册商标 i权.任何单位和个人不得以机械制造为名出版或发行期刊,否则,(机械制造)杂志杜必将依法追究侵权者的法律责任. 综上所述,(机械制造》杂志杜希望所有{机械制造》杂志的新老读者和广告客户,加强尊重他人知识产权和自我保护S 意识,识别真伪,共同维护杜会法制秩序.i i《机械制造)杂志社地址;上海虎丘路27号邮编:200002电 话:63292023 i上海市一平律师事务所地址:上海桂平路435号邮编:200233电 话:64853500毫 m”““)”,))”),”H>”,) l圆2OO1/91堂蔓塑鼬量