[发明专利]一种胀紧联结套承载能力的设计方法

说明书

本发明属于机械传动连接技术领域，具体涉及一种胀紧联结套承载能力的设计方法。本发明主要是解决现有胀套设计方法存在的效率低、耗时高、成本高和推出一款合理胀套需要的周期比较长的技术问题。本发明采用的技术方案是：一种胀紧联结套承载能力的设计方法，其具体设计步骤为：1)根据胀套的内环尺寸、外环尺寸、锥套尺寸及主轴尺寸建立几何模型，将该模型导入有限元分析软件，并设定胀套及主轴的弹性模量和泊松比；2)设置有限元模拟的分析步；3)设置接触面相互作用属性并建立参考点；4)确定主轴的扭矩及胀套和主轴的边界条件；5)划分网格；6)建立对比模型；7)对胀套的承载能力分析，进而判断胀套的承载能力。

技术领域

本发明属于机械传动连接技术领域，具体涉及一种胀紧联结套承载能力的设计方法。

背景技术

胀紧联结套(简称胀套)是一种先进的关键基础传动件，由于其结构简单、对中性好、拆装便利以及过载保护等优点被广泛应用于冶金轧钢等多个领域。胀套的工作原理为利用斜锥面将螺栓的轴向预紧力转换为纵向压力并传递至主轴，主轴在压力的作用下产生传递转矩的摩擦力。传统的胀套设计方法通常是以理论计算为基础，通过一系列试验验证胀套的承载能力等指标，传统方法无法通过模拟分析胀套的承载能力，使胀套的设计效率低下，耗时高，成本高，推出一款合理胀套需要的周期比较长。

发明内容

本发明的目的是解决现有胀套设计方法存在的效率低、耗时高、成本高和推出一款合理胀套需要的周期比较长的技术问题，提供一种胀紧联结套承载能力的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种胀紧联结套承载能力的设计方法，其具体设计步骤为：

1)根据胀套的内环尺寸、外环尺寸、锥套尺寸及主轴尺寸建立几何模型，将该模型导入有限元分析软件，并设定胀套及主轴的弹性模量和泊松比；

2)设置有限元模拟的分析步：创建两个分析步，两个分析步分别为模拟胀套的装配和工作过程；

3)设置接触面相互作用属性并建立参考点：在主轴的侧面中心点处创建参考点，将参考点与其所在的主轴侧面建立耦合的约束；

4)确定主轴的扭矩及胀套和主轴的边界条件；

5)划分网格：将胀套各构件和主轴划分为六面体网格并创建作业；

6)建立对比模型：以参考点耦合的主轴侧面的圆周为路径，提取主轴旋转角度的数据并求取平均值；以扭矩为变量采用控制变量法，建立多组有限元模型，重复1)～5)步骤，得到多组扭矩-角度数据点；

7)对胀套的承载能力分析：将主轴旋转角度设为x轴，扭矩设定为y轴，生成散点图并利用非线性拟合函数Boltzmann函数进行数据拟合，得到完整的角度-扭矩曲线，导出拟合曲线的函数f(x)并利用MATLAB对该函数进行求导，当导函数f′(x)为0时，说明主轴完全打滑，胀紧联结套失效；解方程f′(x)＝0，得到极限扭矩下的旋转角x₀，带入原函数求得到胀套的极限扭矩，进而判断胀套的承载能力。

进一步地，所述两个分析步为分析步step1和分析步step2，所述分析步step1为实现胀套的装配过程，所述分析步step2为实现胀套的工作过程。

进一步地，所述六面体网格单元为边长4-20mm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的胀紧联结套承载能力的设计方法有效填补了胀套在模拟层面对其承载能力的判定方法等方面的技术空白；(2)本发明丰富了胀套设计体系，规范胀套行业的设计标准，使胀套的设计更具科学性、完整性；(3)本发明大大缩减胀套的设计周期，降低胀套的设计成本，减少设计期间胀套的耗材，为企业提供合理的胀套承载性能模拟方法，帮助企业设计更精确合理的产品，加速胀套行业的发展。

附图说明