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采用弹性联轴节的传动轴系扭转共振分析

发布时间:2018-09-27

 某型号推土机由于振动剧烈引起万向节、十字轴、花键轴断裂,断裂的位置主要在前联轴节油孔处和万向节的十字轴轴颈处。根据对失效构件的分析可知传动轴系在推土机的正常运转范围内存在较大幅度的扭转振动,从而大大缩短了构件的使用寿命。机器或零件的自振频率和周期性外力的变化频率相等或接近时,会发生共振,要避开共振区,可以使自振频率与外力作用的频率不相等也不接近。由于外力作用的频率决定于工作的转速和往复行程数,它通常是不可能改变的。本文考虑将目前的刚性联轴节改变为弹性联轴节,用改变零件自振频率的方法来避免共振。车辆的振动测量通常难以分析研究,往往是由于不同构件对振动轴系的特殊影响很难被区分,在这种情况下,虚拟样机的使用为研究分析振动现象提供了合适的方法。

  1基本理论及方法1.1ADAMS柔性体理论ADAMS柔性模块是采用模态来表示物体弹性的,基于物体的弹性变形是相对于连接物体坐标系的弹性小变形,同时物体坐标系又是经历大的非线性整体移动和转动这个假设建立的。其基本思想是赋予柔性体一个模态集,采用模态展开法,用模态向量和模态坐标的线性组合表示弹性位移,通过计算每一时刻物体的弹性位移来描述其变形运动。

  ADAMS/Flex模块中的柔性体是用离散化的若干个单元的有限个结点自由度来表示的无限多个自由度。这些单元结点的弹性变形可以近似地用少量模态的线性组合来表示。

  1.2ADAMS柔性体模型的建立第一步根据构件的二维图纸和技术参数,利用三维建模软件建立传动轴系各个零部件的三维模型。

  第二步要在多体动力学分析中建立模型的柔性体,则必须先对各个构件进行有限元分析,得到其各阶振型和固有频率,然后利用模态中性文件(MNF),导入多体系统中,实现构件的柔性化。

  采用ADAMS/Flex模块的构件网格模式(Geometry),首先定义柔性体的附着点,即柔性体与其它构件的连接点。然后在附着点附近的网格结点上选取适当数量结点作为力的作用点,作用点的数量和位置根据模型精度的需要来选取。最后,将选取的结点转换成ADAMS的标识ID,就可生成模态中性文件及其各阶固有频率。、、所示为传动轴系主要构件飞轮、前联轴节、十字轴有限元模型,表1为其对应的前6阶模态的固有频率。

  李伟伟,山东理工大学496信箱为引入模态中性文件的传动轴系仿真模型总成,在此模型中共有29个柔性体,11个哑物体,68个约束幅。

  表1各阶模态的固有频率模态阶次飞轮固有频率/Hz前联轴节固有频率/Hz十字轴2测试分析该型号推土机采用4冲程6缸柴油发动机,发动机最高转速2200r/min,最低转速800r/min。 2。1采用刚性联轴节时的仿真测试在仿真过程中采用的测试方法为敲击法,即给系统一单位力心用自由振动的方法测量出轴系的角速度时域图,再由傅立叶变换得出系统的频域图,然后根据轴系第z阶振型的固有频率%与y谐次的临界转速关系式第三步:将各个构件之间的实际运动关系简化成ADAMS中的理想约束,组装成一个完整的轴系。分别建立飞轮、扭转减振器、前联轴节、万向节、后联轴节、液力变矩器泵轮等仿真模型。

  所示为扭转减振器模型。

  从而求得传动轴系的临界转速。

  应用ADAMS仿真软件测试,采用刚性联轴节时轴系的时域图及频域图如、所示。此时传动轴系的固有频率以及相应的临界转速见系统的主要共振转速移出系统工作转速范围,避免系统发生强烈共振。

  根据以上分析,通过不断调整弹性联轴节刚度K的方法,从而调整传动轴系的扭转振动的固有频率,使其临界转速避开发动机工作转速区,以此避免产生扭转共振。

  表3为调整弹性联轴节刚度K后得到的轴系固有频率及其临界转速。所示为调整弹性联轴节的刚度K对轴系前两阶自振频率的影响曲线。

  角速度频域图表2发动机临界转速刚性联轴节对应的临界转速/(r/min)激振谐次(r=l.5)激振谐次(r=4.5)激振谐次(r=5)前两阶固有圆频率/表3不同弹性联轴节刚度下的临界转速刚度K/ =800前两阶固有由的原轴系的临界转速比较,弹性联轴节大大改善了动力传动系统的扭转特性。

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