【凸緣聯(lián)軸器可靠性探究5000字（論文）】

11-2-凸緣聯(lián)軸器可靠性研究摘要由于凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低所以在國民經(jīng)濟及其他領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。作為旋轉(zhuǎn)機械機構(gòu)，并且由于制造和安裝的誤差，導(dǎo)致凸緣聯(lián)軸器成為整個系統(tǒng)中的易損零件。本文采用可靠性設(shè)計方法對鉸制孔用螺栓連接的凸緣聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)某些主要零件的強度裕度較大，而且各零件間的強度裕度差距也很大。本文在選擇了合理的可靠度的條件下，通過分析和設(shè)計，認(rèn)為減小凸緣聯(lián)軸器有關(guān)零件的尺寸是可能的。可靠性設(shè)計方法比較符合實際，而且能用可靠性指標(biāo)確切表達(dá)產(chǎn)品安全可靠的程度，因此，運用可靠性設(shè)計能夠得到結(jié)構(gòu)與尺寸更為合理的產(chǎn)品，以求得更好的經(jīng)濟效果。為此，本文用可靠性設(shè)計方法對采用鉸制孔用螺栓連接的凸緣聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析和計算。關(guān)鍵詞凸緣聯(lián)軸器可靠性設(shè)計設(shè)計分析目錄第1章緒論 1第2章機械可靠性設(shè)計概述 22.1機械零件可靠性設(shè)計原理 22.2機械可靠性設(shè)計的原則 22.2.1傳統(tǒng)設(shè)計和可靠性設(shè)計相結(jié)合 22.2.2可靠性設(shè)計與耐久性設(shè)計相結(jié)合 22.2.3定性設(shè)計和定量設(shè)計相結(jié)合 3第3章凸緣聯(lián)軸器的可靠性分析 43.1凸緣聯(lián)軸器零件 43.2可靠性分析的設(shè)定條件 43.3各主要零件的可靠度計算 53.3.1鉸制孔用螺栓連接 53.3.2平鍵聯(lián)接 63.3.3凸緣螺栓孔的設(shè)計 63.4凸緣聯(lián)軸器的可靠度 7第4章提高機械零件可靠性設(shè)計的對策 84.1提高機械零件標(biāo)準(zhǔn)化 84.2靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量 84.3提高重點部位零部件的可靠性 8結(jié)論 10第1章緒論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，機械零件是工業(yè)產(chǎn)品中常用的一種重要系統(tǒng)。在機械零件設(shè)計的過程中，有效提高機械設(shè)備的節(jié)能效果和運行效率，機械零件的可靠性設(shè)計是當(dāng)前可靠性工程界面臨的熱點和難點問題之一，給機械零件可靠性設(shè)計帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。機械零件可靠性設(shè)計包括了機械一體化的系統(tǒng)和單個的設(shè)備、裝置、零件及零件的組成部分等。機械產(chǎn)品一般屬于串聯(lián)系統(tǒng).要提高整機可靠性，首先應(yīng)從零部件的嚴(yán)格選擇和控制做起。機械設(shè)計應(yīng)力求簡單、零部件的數(shù)量應(yīng)盡可能減少，是減少故障提高可靠性的最有效方法。怎樣合理的采用科學(xué)的可靠性設(shè)計方法使機器能夠在要求的工作環(huán)境下不會失效損壞是設(shè)計中必須考慮的重要問題，只有這樣才能提高和穩(wěn)定產(chǎn)品的可靠性。第2章機械可靠性設(shè)計概述2.1機械零件可靠性設(shè)計原理機械零件可靠性優(yōu)化設(shè)計，就是在分析可靠性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計。機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計包括整機產(chǎn)品和零部件的設(shè)計。機械可靠性指數(shù)可由包含應(yīng)力和強度分布參數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)，計算產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，例如結(jié)構(gòu)材料屬性，結(jié)構(gòu)的尺寸，承受載荷以及環(huán)境條件等的不確定情況。一般的機械零件優(yōu)化設(shè)計是一種確定性的優(yōu)化過程，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件或者質(zhì)量成熟穩(wěn)定的零件，對零件容易損壞關(guān)鍵部件進(jìn)行可靠性分析計算，降低原材料消耗和制造成本，分析常見的失效形式，確定了機械零件的可靠度。機械零件產(chǎn)品在使用之前還要多次進(jìn)行反復(fù)試驗，引入概率論和數(shù)量統(tǒng)計為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計方法，控制不確定因素對結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的影響，反映出機械可靠性設(shè)計中變量的概率分布情況。作為機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的最初階段，基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計是保證后續(xù)生產(chǎn)制造以及產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。2.2機械可靠性設(shè)計的原則2.2.1傳統(tǒng)設(shè)計和可靠性設(shè)計相結(jié)合在對機械零件進(jìn)行可靠性設(shè)計時不可完全摒棄傳統(tǒng)設(shè)計方法。目前為實際的操作方式是從傳統(tǒng)的設(shè)計方法過渡到有計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，將機械零部件可靠性的設(shè)計在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，對機械的零部件材料、結(jié)構(gòu)、尺寸等加以確定，然后依據(jù)與之相應(yīng)的模型對其可靠性進(jìn)行定量計算，機械零部件靠性設(shè)計的發(fā)展應(yīng)該盡量同計算機結(jié)合起來,其可定量的分析和設(shè)計產(chǎn)品的失效概率和可靠度，更加具有直觀性和確定性。倘若還不能滿足預(yù)計的可靠性需求，則可修改機械的結(jié)構(gòu)、尺寸甚至是更換材料，最后再對其進(jìn)行可靠性的校核，直到能夠滿足需求。2.2.2可靠性設(shè)計與耐久性設(shè)計相結(jié)合機械零件多數(shù)利用的預(yù)防性維修為主的制度，系統(tǒng)和零部件的耐久性必須與預(yù)防性維修的制度相一致。機械零件應(yīng)當(dāng)具備可靠性與耐久性，所以在進(jìn)行可靠性設(shè)計的同時，也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行耐久性設(shè)計，提出改進(jìn)機械零件的可靠性的一種設(shè)計分析方法，另外它能減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和輔助時間，縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。耐久性要求與機械零件零件的壽命信息相對比，其可靠性的評價指標(biāo)仍然以可靠性試驗為主，逐級預(yù)計上層產(chǎn)品的無故障性和耐久性，試驗結(jié)果仍然是保證可靠性設(shè)計的主要途徑。2.2.3定性設(shè)計和定量設(shè)計相結(jié)合由于機械零件定量設(shè)計無法完全解決機械零件可靠性的問題，故對難以定量計算的機械零部件設(shè)計。如將反映設(shè)計方案優(yōu)劣定性、定量的分析，比較各設(shè)計方案達(dá)到目標(biāo)的程度，供設(shè)計者參考，便可以解決了機械零件相關(guān)系數(shù)的定量計算難題。所以機械零件可靠性設(shè)計工作中，我們無法定量地衡量產(chǎn)品的數(shù)量與規(guī)模，就必須將定性設(shè)計和定量設(shè)計結(jié)合起來。第3章凸緣聯(lián)軸器的可靠性分析3.1凸緣聯(lián)軸器零件凸緣聯(lián)軸器是應(yīng)用最廣的一種聯(lián)軸器，它主要由兩個通過鍵分裝在軸端的半聯(lián)軸器和連接它們的螺栓組成。這種聯(lián)軸器對中精度可靠，傳遞扭矩較大，但要求兩軸同軸度好，主要用于載荷平穩(wěn)的聯(lián)接中，結(jié)構(gòu)如圖3.1。圖3.1凸緣聯(lián)軸器零件本文所分析的凸緣聯(lián)軸器是通過半聯(lián)軸器上的3個鉸接孔用螺栓將扭矩從一端傳到另一端。分析時，以三個螺孔同一側(cè)的半個面固定，在鍵槽的一個面上施加力。已知轉(zhuǎn)矩為25N.m，配合的軸的直徑為19mm。有限元分析從圖上我們可以發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)矩為25N.m時，半聯(lián)軸器的最大位移為0.00886972mm，最大位移發(fā)生在鍵槽處；最大應(yīng)力也出現(xiàn)在鍵槽處，所得結(jié)果與實際情況相符合。3.2可靠性分析的設(shè)定條件凸緣聯(lián)軸器的失效主要發(fā)生在凸緣螺栓連接以及輪毅與鍵聯(lián)接二個部位，這些部位中的每個零件又有靜強度剪斷、疲勞剪斷、壓潰等失效形式，因此，可以設(shè)定每種失效形式是彼此獨立的，當(dāng)出現(xiàn)一種失效形式時，聯(lián)軸器即失效，它們之間形成一個串聯(lián)系統(tǒng)，則聯(lián)軸器的可靠度RL。（3.1）當(dāng)是單調(diào)函數(shù)時，使最大，等價于使達(dá)到最大，只要解下列方程：求出待估參數(shù)。（3.2）失效率與時間無關(guān)，這正是前述的浴盆曲線底部的失效模式，因此指數(shù)分布可以用來描述產(chǎn)品去除早期失效，進(jìn)入恒定失效率期的一段失效。對于指數(shù)分布，其待估參數(shù)只有一個，即故障率，由前面可知，其極大似然估計函數(shù)：（3.3）對其取對數(shù)（3.4）解似然方程，求出待估的故障率（3.5）由于與之配套的工作機械的廣泛用途及載荷譜的復(fù)雜性，以及由制造和安裝產(chǎn)生的誤差，如被聯(lián)二軸徑向誤差，使螺栓產(chǎn)生附加剪切對稱循環(huán)應(yīng)力，被聯(lián)二軸線角位移誤差使螺栓產(chǎn)生附加拉伸脈動循環(huán)應(yīng)力。由故障率的估計值可得到產(chǎn)品的可靠度和平均壽命的估計值分別為，（3.6）的估計值與矩法得到的結(jié)果一樣。3.3各主要零件的可靠度計算3.3.1鉸制孔用螺栓連接當(dāng)聯(lián)軸器采用鉸制孔用螺栓連接時，螺栓與鉸制螺栓孔的配合類別為H7K6、H7部分零件由于微小因素積累而造成的，如材料的磨損，彈性元件的疲勞，部件的斷裂，由于暴露而造成的腐蝕等失效機理，是在一定的應(yīng)力下，隨時間的延長，微小因素逐漸增加而使產(chǎn)品最后失效，這些產(chǎn)品的壽命都服從對數(shù)正態(tài)分布。其密度函數(shù)：（3.7）由于螺栓孔壁應(yīng)力狀態(tài)較為復(fù)雜，而且當(dāng)被聯(lián)接件材料強度較低時，失效往往發(fā)生在孔壁，較多見到的是孔壁發(fā)生擠壓塑性變形和損傷，有時還出現(xiàn)螺孔橢圓現(xiàn)象。因此相對說來螺栓不發(fā)生壓潰的可靠度高一些，此處可以不予考慮。3.3.2平鍵聯(lián)接普通平鍵聯(lián)接靠鍵同鍵槽側(cè)面受擠壓來傳遞扭矩，其主要失效形式是鍵、軸與輪毅上鍵槽三者中最弱的工作面被壓潰，個別情況出現(xiàn)鍵被剪斷，由于軸孔聯(lián)接處采用B，型180“布置平鍵雙鍵聯(lián)接，考慮載荷分布不均勻，雙鍵聯(lián)接的強度只按1.5個鍵計算。鍵剪切面積A=lb=5x35mm，擠壓面積A=2.5x35mm。由剪切強度條件：（3.8）得P≤292N鍵的長度是平鍵聯(lián)接中可變的決定因素，如果將鍵長由170mm調(diào)整為L=I50mm,其他條件不變。由擠壓強度條件：得P≤321N故取P≤292N。3.3.3凸緣螺栓孔的設(shè)計螺栓桿徑d:如從21減少到13mm，約減少38.1，橫斷面積減少61.7，在相同的條件下其他型號聯(lián)軸器的連接螺栓桿徑d。如果半聯(lián)軸器為鋼，可靠度將更高。因此可以適當(dāng)減少半聯(lián)軸器的尺寸，如螺栓分布直徑和凸緣厚度都可作相應(yīng)的調(diào)整，聯(lián)軸器總體尺寸變小后，重量和轉(zhuǎn)動慣量將隨之減小，這不僅提高運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和減小振動，而且也能降低成本。3.4凸緣聯(lián)軸器的可靠度從所得可靠度看，已超過涉及人身傷亡或帶來巨大經(jīng)濟損失的高重要設(shè)備的可靠度0.96，而且計算是按強度最弱原則選取的參數(shù)，因此所求L值是在多種情況下的最低可靠度，是可信的。從這一結(jié)論分析，新標(biāo)準(zhǔn)尺寸確實偏大，在材料強度不斷提高的今天，這個問題就顯得更為突出。此外與先進(jìn)國家標(biāo)準(zhǔn)相比，設(shè)計上也是偏于保守。第4章提高機械零件可靠性設(shè)計的對策4.1提高機械零件標(biāo)準(zhǔn)化機械零件設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合實際零部件的負(fù)荷、尺寸和機構(gòu)，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，提高標(biāo)準(zhǔn)零部件的結(jié)構(gòu)工藝和可靠性，以期為可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的最后產(chǎn)品的綠色化提供檢驗及保障。在為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品施以單獨設(shè)計，而是精心設(shè)計出多種模塊，也避免了前面所述及的系統(tǒng)組成單元數(shù)量眾多帶來的麻煩。機械產(chǎn)品的可靠性和機械零件標(biāo)準(zhǔn)化是一樣的，在產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計的同時，考慮未來機械零件的通用性，它對機械是否能夠穩(wěn)定的工作起決定性作用。有了統(tǒng)一的機械零件標(biāo)準(zhǔn)，機械模塊就有了統(tǒng)一的接口，機械的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化就更容易得以實現(xiàn)。4.2靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量零件是機械零件最基本的組成單元，可以根據(jù)系統(tǒng)組織關(guān)系，靈活增減系統(tǒng)元部件，來提高機械零件可靠性?？梢酝ㄟ^盡量減少元件數(shù)，能提高系統(tǒng)可靠性。對零件容易損壞關(guān)鍵部件進(jìn)行可靠性分析計算，進(jìn)而對整個系統(tǒng)進(jìn)行分析計算，與模塊化設(shè)計方法結(jié)合起來，避免零件材料拆卸時本身的損壞和損壞產(chǎn)品的其它結(jié)構(gòu)，可以同時滿足產(chǎn)品功能屬性和環(huán)境屬性，盡可能優(yōu)先選擇易于分離的搭扣式連接方便重用、升級、維修和產(chǎn)品廢棄后的拆卸、回收處理。靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量，比如行星齒輪減速器中，在合理的范圍內(nèi)，對數(shù)越多，就越有利于提高傳動的平穩(wěn)性與承載能力，可以有效的評價齒輪傳動性能的好壞。4.3提高重點部位零部件的可靠性零件的無故障性與其耐久性統(tǒng)一于零件壽命，是一致的。要把產(chǎn)品系統(tǒng)頂層的功能邏輯抽象成為模塊，以最少的產(chǎn)品變型滿足最大范圍的目標(biāo)市場需求。減少裝配方向并使裝配操作在易于觀察的部位進(jìn)行，通過定位關(guān)系描述零部件之間的空間位置關(guān)系和配合關(guān)系，防止某些部位結(jié)合處設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因在機械運作過程而造成的故障變形。將機械可靠性設(shè)計方法應(yīng)用于產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計過程中，對產(chǎn)品在正常工況下的運行能力、使用壽命等進(jìn)行可靠性預(yù)測。對系統(tǒng)進(jìn)行故障分析主要是為了找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，然后加以改善以達(dá)到提高可靠性的目的，在機械零件可靠性設(shè)計中，并不是需要考慮所有的零部件，而只需要考慮重要的零部件，保證系統(tǒng)的可靠性。依據(jù)零件合并原則對功能相似或結(jié)構(gòu)上能夠組合在一起的零部件進(jìn)行合并，這樣就可減少零部件可靠性設(shè)計的工作量，盡可能簡化產(chǎn)品功能，采用簡單的結(jié)構(gòu)和外形。結(jié)論可靠性關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量乃至人員生命安全，關(guān)乎產(chǎn)品核心競爭力，對機械產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計分析研究具有實際意義。機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計有諸多原則，耐故障數(shù)、安全裕度、余度設(shè)計、耐環(huán)境設(shè)計、人機工程設(shè)計。對機械產(chǎn)品而言，故障模式的識別是進(jìn)行故障分析的基礎(chǔ)之一。一個好的機械產(chǎn)品不僅要具有好的性能，更要具有高的可靠性水平。本文結(jié)合當(dāng)今可靠性工程學(xué)科研發(fā)，使機械技術(shù)在機械領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展有一個全面的、客觀的認(rèn)識。由于研究中受到時間與設(shè)備條件的限制，本文在有些方面還需進(jìn)一步研究，在后續(xù)研究中，如果實驗條件允許的情況下，應(yīng)通過實驗與理論相結(jié)合的方式來確定機械零件設(shè)計模型參數(shù)，結(jié)合使用階段的詳細(xì)情況對分配方案進(jìn)行修正。參考文獻(xiàn)：[1]張永.淺談機械可靠性設(shè)計的內(nèi)涵與發(fā)展[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2017(07