城市軌道交通用聯軸器有限元分析

聯軸器是列車驅動系統的關鍵部件，它的主要作用是將電機扭矩效果優良地傳遞到齒輪箱中，并且能適應電機輸出軸與齒輪箱的輸入軸之間產生的較大軸向、徑向與角向補償的復雜工作環境。確定聯軸器的結構形式該聯軸器為鼓形齒聯軸器，由齒數相同的內齒圈和外齒軸套及端蓋、密封圈等組成。其中，內齒圈齒面為直齒，外齒軸套齒頂和齒面均為圓弧面。外齒軸套齒頂圓半徑與內齒圈齒根圓半徑相同，即大圓定心。為了能進行轉角補償，內外齒嚙合時留有確定的齒側間隙。聯軸器工作時，靠內外齒的嚙合傳遞轉矩，并通過鼓形外齒套在直齒的內齒圈擺動，來補償兩傳動軸線的相對偏移

聯軸器主要用來傳遞扭矩，該聯軸器在工作時，兩軸將產生相對角位移，內外齒的齒面作周期性軸向相對滑動，而當內齒圈與外齒軸套的軸線夾角發生變化時，兩者的接觸區域也隨之發生變化，這將直接影響聯軸器的應力分布狀態。本次分析的鼓形齒連軸器較大許用角位移為1．5。為了能比較全 面得了解鼓形聯軸器的結構力學性能，分析中，按內齒圈與外齒軸套的軸線夾角成0。0．51．0、1．5。幾種情形，在大扭矩10kN·m以及額定轉矩1．5kN·m工作狀態下的接觸狀態及應力分布規律進行了分析研究。為模擬鼓形齒聯軸器工作時的邊界約束條件，取消剛體位移，約束內齒圈自由端端面各節點的位移自由度，同時外齒軸套內圈通過剛性單元連接，扭矩載荷通過剛性單元傳遞，其單元網格劃分及邊界約束條件。

根據該聯軸器的結構形式以及設計要求，建立了聯軸器的有限元模型，在不同偏轉角以及不同載荷大小的作用下對其位移、應力等進行分析。1)從表1中可以看出，隨著軸線夾角的變大，內齒圈的變形基本一致，而外齒軸套由于接觸位置的變化，產生自由運動，導致位移量逐步變大。隨著軸線夾角的變大，內外齒接觸位置的較大應力均逐步變大，其余位置的較大應力也在逐步變大，但相比變大幅度較小。2)本文還計算了內齒圈與外齒軸套的扭轉剛度，均在設計范圍之內，滿足設計要求