化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

1、化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圓環(huán)形聯(lián)軸器膜片的應(yīng)力計(jì)算指導(dǎo)教師： 王 悅 老 師 班級(jí)： 0 8 2 0 6 2 1 姓名： 陳 婷 婷 學(xué)號(hào)： 3 1 一、 工程背景聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動(dòng)軸和從動(dòng)軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動(dòng)力傳動(dòng)中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動(dòng)態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。聯(lián)軸器分別有圓環(huán)膜片型聯(lián)軸器.齒式聯(lián)軸器.輪胎式聯(lián)軸器.星形彈性聯(lián)軸器.梅花形彈性聯(lián)軸器.萬(wàn)向聯(lián)軸器幾種類型，其中圓環(huán)形聯(lián)軸器具有機(jī)械強(qiáng)度高、承載能力大、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動(dòng)效率和傳

2、動(dòng)精度高、可靠性好、裝拆方便，且具有無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，不需潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)、無(wú)噪聲、耐酸、堿、防腐蝕等特點(diǎn)，可用于高溫、低溫和有油、有水和腐蝕介質(zhì)的工況環(huán)境。適用于中、高速、大轉(zhuǎn)矩軸系傳動(dòng)。以及各種機(jī)械裝置載荷變化不大的軸系傳動(dòng)，通用性極強(qiáng)。 下圖是幾種聯(lián)軸器聯(lián)軸器 單節(jié)膜片聯(lián)軸器 MK型圓形膜片聯(lián)軸器二、 ANSYS工程分析理論介紹ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模

3、塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。三、 主要技術(shù)參數(shù)及任務(wù)有關(guān)技術(shù)參數(shù)圖1. 結(jié)構(gòu)尺寸圖（1）單個(gè)膜片的結(jié)構(gòu)尺寸如右圖所 示。（2）膜片數(shù)量17片（3）工作參數(shù) 功率 轉(zhuǎn)

4、速（4）允許安裝誤差 允許的偏轉(zhuǎn)角 允許軸向位移（5）材料為：1Cr18Ni9 材料密度 楊氏模量，泊松比課題任務(wù)用ANSYS軟件求圓環(huán)膜片由離心力所產(chǎn)生的應(yīng)力（1）離心慣性應(yīng)力ANSYS應(yīng)力計(jì)算流程（2）有限元模型各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力結(jié)果（3）節(jié)點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果（4）節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分析結(jié)果四、 力學(xué)模型簡(jiǎn)化圖2. 模型簡(jiǎn)化圖在取出的1/4膜片邊緣截面上采用固定約束處理；中間螺栓孔處根據(jù)不同工況分別固定徑向位移和根據(jù)工作參數(shù)給定軸向位移；小孔邊緣采用剛性域（加固）處理。膜片內(nèi)外環(huán)邊自由。具體計(jì)算工況為：離心慣性力產(chǎn)生的離心應(yīng)力。高轉(zhuǎn)速機(jī)械的離心慣性力在結(jié)構(gòu)的應(yīng)力計(jì)算中十分重要，該聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速為，其離心慣性力可

5、以按徑向體力加載，方向沿徑向向外，固定中間螺栓孔的徑向位移、周向位移和軸向位移，周邊無(wú)其他載荷作用。五、 1/4有限元模型的建立根據(jù)簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，在ANSYS軟件中建立實(shí)體模型。采用殼單元SHELL63進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，生成有限元模型。由于實(shí)際工作時(shí)在螺栓孔周邊與法蘭相連而得到加固，我們采用剛性域處理，周邊小范圍內(nèi)厚度加大。邊界條件和載荷按簡(jiǎn)化的力學(xué)模型給出。ANSYS自動(dòng)生成的有限元模型結(jié)點(diǎn)數(shù)為592，單元數(shù)為516，在螺栓孔附近應(yīng)力梯度較大，所以節(jié)點(diǎn)較密、單元較小。而遠(yuǎn)離螺栓孔的地方，應(yīng)力變化較緩，所以節(jié)點(diǎn)較疏，單元較大。有限元網(wǎng)格的劃分情況和節(jié)點(diǎn)編碼如圖3-圖10所示，在不同的計(jì)算流

6、程中節(jié)點(diǎn)編碼上可能存在微小差異，它并不影響應(yīng)力的計(jì)算和分析，結(jié)果分析可根據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)在模型中的具體位置（坐標(biāo)）來(lái)確定。 圖3. 整體有限元模型視圖 圖4. 中間孔附近有限元模型視圖 圖5. 左端部有限元模型視圖 圖6. 右端部有限元模型視圖 圖7. 中間孔下部有限元模型視圖 圖8. 中間孔上部有限元模型視圖 圖9. 左側(cè)部分有限元模型視圖 圖10. 右側(cè)部分有限元模型視圖六、 應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果（1）離心慣性應(yīng)力ANSYS應(yīng)力計(jì)算流程 /BATCH /COM,ANSYS RELEASE UP20090415 21:19:45 06/18/2011/input,menust,tmp,''

7、;,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0 !* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GU

8、I filtering have been set to display:/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,SHELL63!* R,1,0.4, , , , , , RMORE, , , ,RMORE RMORE, ,!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,198e3 MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7.9e-9 PCIRC,139,95,45,135,CYL4,0,117,11 CSYS,1 FLST,3,1,5,ORDE,1 FITEM,3,2 AGE

9、N,2,P51X, , , ,45, , ,0 FLST,3,1,5,ORDE,1 FITEM,3,2 AGEN,2,P51X, , , ,-45, , ,0 FLST,3,3,5,ORDE,2 FITEM,3,2 FITEM,3,-4 ASBA, 1,P51X SAVEFLST,5,4,4,ORDE,2 FITEM,5,17 FITEM,5,-20 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,20, , , , ,1 !* FLST,5,8,4,ORDE,5 FITEM,5,5 FITEM,5,-9 FI

10、TEM,5,12 FITEM,5,14 FITEM,5,-15 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,30, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,3 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,40, , , , ,1 !* MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 5 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA'

11、 CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* ! Start of report captures. eui,'package require ansys'eui,'ansys:report:setdirectory "file_report"'/REPLOT,RESIZE /PLOPTS,MINM,OFF/REPLOT,RESIZE eui,'ansys:report:imagecapture file Image 1 ' eui,'an

12、sys:report:finished' /REPLOT,RESIZE /REPLOT,RESIZE FINISH /SOLFINISH /PREP7 FINISH /SOLFINISH /PREP7 FINISH /SOLFLST,2,8,4,ORDE,6 FITEM,2,9 FITEM,2,12 FITEM,2,14 FITEM,2,-15 FITEM,2,17 FITEM,2,-20 FLST,2,12,4,ORDE,7 FITEM,2,5 FITEM,2,-9 FITEM,2,12 FITEM,2,14 FITEM,2,-15 FITEM,2,17 FITEM,2,-20 !*

13、 /GO DL,P51X, ,ALL, CGLOC,0,0,0,CGOMGA,0,278,0, DCGOMG,0,0,0, !* FINISH /POST1 FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST FINISH /POST1 !* /EFAC

14、ET,1 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0! Start of report captures. eui,'package require ansys'eui,'ansys:report:setdirectory "file_report"'/REPLOT,RESIZE /PLOPTS,MINM,OFF/REPLOT,RESIZE eui,'ansys:report:imagecapture file Image 2 ' eui,'ansys:report:finished' /REPLOT,RESIZ

15、E /REPLOT,RESIZE !* PRNSOL,S,PRIN SAVE,'xiaomi','db','F:anquanrenjizuoye' FINISH ! /EXIT,MODEL （2）有限元模型各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力結(jié)果圖1：整體有限元模型視圖圖2：整體有限元模型應(yīng)力分布圖（3）節(jié)點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果* POST1 NODAL STRESS LISTING * PowerGraphics Is Currently Enabled LOAD STEP=1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 SHELL NODAL

16、RESULTS ARE AT TOP/BOTTOM FOR MATERIAL 1 NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 250 1.3552 0.0000 -1.4787 2.8339 2.4550 250 1.3552 0.0000 -1.4787 2.8339 2.4550 251 1.3890 0.0000 -1.5715 2.9605 2.5655 251 1.3890 0.0000 -1.5715 2.9605 2.5655 252 1.4408 0.0000 -1.6611 3.1019 2.6886 252 1.4408 0.0000 -1.6611 3.1019 2.

17、6886 253 1.4478 0.0000 -1.7563 3.2041 2.7791 253 1.4478 0.0000 -1.7563 3.2041 2.7791 254 1.4124 0.0000 -1.8460 3.2584 2.8302 254 1.4124 0.0000 -1.8460 3.2584 2.8302 255 1.3546 0.0000 -1.9304 3.2850 2.8594 255 1.3546 0.0000 -1.9304 3.2850 2.8594 256 1.2842 0.0000 -2.0024 3.2866 2.8688 256 1.2842 0.00

18、00 -2.0024 3.2866 2.8688 257 1.2158 0.0000 -2.0469 3.2627 2.8560 257 1.2158 0.0000 -2.0469 3.2627 2.8560 258 1.1453 0.0000 -2.0841 3.2293 2.8358 258 1.1453 0.0000 -2.0841 3.2293 2.8358 259 1.0702 0.0000 -2.1137 3.1839 2.8063 259 1.0702 0.0000 -2.1137 3.1839 2.8063 * POST1 NODAL STRESS LISTING * Powe

19、rGraphics Is Currently Enabled LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 SHELL NODAL RESULTS ARE AT TOP/BOTTOM FOR MATERIAL 1 NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 278 0.0000 -0.14953 -0.58083 0.58083 0.52237 279 0.0000 -0.10084 -0.43477 0.43477 0.39414 279 0.0000 -0.10084 -0.43477 0.43477 0.39414 280 0.0

20、000 -0.46501E-01-0.26506 0.26506 0.24514 280 0.0000 -0.46501E-01-0.26506 0.26506 0.24514 281 0.65010E-01 0.0000 -0.49679E-01 0.11469 0.99619E-01 281 0.65010E-01 0.0000 -0.49679E-01 0.11469 0.99619E-01 282 1.3695 0.33268 0.0000 1.3695 1.2372 282 1.3695 0.33268 0.0000 1.3695 1.2372 283 0.45809E-01 0.0000 -0.15577E-01 0.61386E-01 0.55269E-01 283 0.45809E-01 0.0000 -0.15577E-01 0.61386E-01 0.55269E-01 284 0.11040 0.0000 -0.72484E-01 0.18288 0.15951 284 0.11040 0.0000 -0.72484E-01 0.18288 0.15951 285 0.16515 0.0000 -0.99808E-01 0.26496 0.23177 285 0.16515 0.0000