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基于ANSYS双向超越离合器的www.mg4355cc.com手机版

发布于:2018-11-07 20:46
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      双向超越离合器是在单向超越离合器基础上改进创新而来,在输入转动方向一定的情况下,通过换向机构,输出转动可以实现正、反两个方向的转动,如图所示。双向超越离合器是双向脉动无级变速器的最主要、最复杂的部件,也是最易损坏的部件。它把来自无级变速器连杆的推力转化为转矩,从而驱动输出轴转动,双向超越离合器如果失效,则会造成双向脉动无级变速器停机。通过以往的经验可知,双向超越离合器最易发生的失效是:由于滚珠的损坏及内星轮外表面的磨损,造成双向超越离合器无法自锁。ANSYS软件集及结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体,是国际上最知名、应用领域最广、使用人员最多的www.mg4355cc.com手机版软件。所以本文运用ANSYS软件对双向超越离合器的接触强度进行分析,以验证它是否满足实际工作载荷的要求。
      本文采用常用的三维20节点实体单元-SOLID95,它是SOLID45三维8节点高阶单元形式。该单元为20节点单元,每个节点有三个自由度(XYZ方向),此单元在空间的方位任意,SOLID95单元具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力强化、大变形以及大应变的特性,并提供不同的输出项,杨氏模量和泊松比根据双向超越离合器的材料GCr15A的特性分别设置为:EX=2.1E11,PRXY=0.3。
      三维模型的建立方法主要有两种:一种先在CAD软件里建立其三维模型,然后通过接口软件导入到ANSYS里;另一种直接在ANSYS里建立其三维模型。相比较而言,后者能得到更精确的计算结果,所以本文选择在ANSYS中建立其三维模型。为了减少计算量,在对双向超越离合器进行建模时除去了一些不重要的几何特征。网格的划分的精密程度直接决定了有限元计算的好坏,一般来说,网格划分越精密计算结果越准确,但计算量会过大,耗费的计算时间越多。网格划分过于粗糙,又会影响计算的准确程度。所以,在网格划分之前应充分考虑划分精度的问题。为了得到高质量的网格,对内星轮、滚珠、外环的侧面用映射的方法进行划分网格,并运用扫掠的方法对整体划分网格,得到六面体单元,共生成40428个节点和38408个单元。
      在ANSYS中,提供了在以前接触对创建向导基础上发展起来的接触管理器,它可以进行接触对的创建、修改、删除,使用起来很方便。这里运用接触管理器进行接触对的创建,如图所示。共有12个接触对,通过多次计算反复对比,设置接触刚度比例为0.1,穿透容差比例为1.0,摩擦系数为0.15,并设置接触单元CONTA174。
      双向超越离合器的计算转矩,原动机为电动机取K=0.25;K-与工作机类型有关的动载系数,滚筒式抽油机取Kz=1.20;K3-精度系数,考虑加工精度对滚珠载荷分布不均匀的影响,内星轮工作面为平面可取1.20。由于双向超越离合器转速较低,而且体积小、重量轻,所以不考虑惯性载荷。把双向超越离合器内星轮内表而的所有节点全约束,对外环外表而施加由公式计算出的转矩T=21.586kN.m。
      图是超越离合器整体、剖分、内星轮和滚珠的应力云图,由图看出最大应力是2170MPa,最大应力出现在MX点处。赫兹理论是解决接触问题的经典理论。对于星轮、滚柱和外环均为同种材料制成的内星轮滚柱式超越离合器,当星轮的工作面为平面时,应力最大处为滚柱与平面接触处。
      ①从应力云图可知,滚珠与内星轮的接触应力比滚珠与外环的接触应力大很多,这主要是由于接触体的结构形式造成的,与赫兹理论的分析结果一致。②滚珠的受力比较大,是易损的零件,因此应选用有很高的强度和硬度的材料,并对其表面进行热处理以提高其耐磨性和硬度。③由于滚珠在内星轮的外表面是滚动的,所以不会在固定的点处出现疲劳点蚀,故内星轮的表面应选用与滚珠表面相同的热处理方式,以提高其寿命和可靠性。


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