單向聯(lián)軸器楔緊過程對比研究

    單向聯(lián)軸器楔緊過程平面及三維數(shù)值對比研究以具有對數(shù)螺旋線型面特征的綜合式液力變矩器單向聯(lián)軸器為研究對象，為考察其在瞬態(tài)楔緊過程中內(nèi)外環(huán)及滾子等各部分應(yīng)力分布狀態(tài)特性，基于顯式動力學(xué)理論進(jìn)行了二維平面應(yīng)變和三維有限元動力學(xué)分析，分別從二維和三維的角度對這一動態(tài)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。對2種方法仿真結(jié)果的對比分析表明，三維分析的結(jié)果所獲得的各部件軸向的應(yīng)力分布信息彌補(bǔ)了二維分析的不足，同時也驗(yàn)證了將實(shí)際三維單向聯(lián)軸器傳動過程進(jìn)行二維平面問題簡化的可行性，2種分析結(jié)果的一致性為單向聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了更理論依據(jù)。作為坦克裝甲車輛綜合式液力變矩器的核心部件，單向聯(lián)軸器可以在速比區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)變矩器工況和偶合器工況的切換，改良整車動力性能和傳動效率。

目前在單向聯(lián)軸器設(shè)計(jì)的強(qiáng)度計(jì)算中，對其各零部件應(yīng)力分布的有限元分析通常將模型簡化為平面應(yīng)變問題，建立二維的平面有限元模型進(jìn)行分析。將三維模型問題假定為平面問題處理，可以簡化模型、提高計(jì)算效率，也是有限元分析處理這類問題的常用方法。但由于二維分析與三維分析存在對實(shí)際物理過程一個維度的簡化，因此相關(guān)的研究結(jié)果也表明其分析結(jié)果存在較大差異。與三維有限元分析相比，對單向聯(lián)軸器各零部件應(yīng)力分布狀態(tài)的二維有限元分析顯然不能體現(xiàn)單向聯(lián)軸器的軸向應(yīng)力分布狀態(tài)。為獲取軸向應(yīng)力分布狀態(tài)的信息，并據(jù)此驗(yàn)證這種二維簡化的可行性和有用性，本文在對這一過程二維有限元分析研究基礎(chǔ)上，以同系列對數(shù)螺線雙排滾子式單向聯(lián)軸器為研究對象，基于顯式動力學(xué)理論，在平臺上，對其瞬態(tài)楔緊過程分別進(jìn)行二維和三維模型的有限元分析。對滾柱式單向聯(lián)軸器楔緊過程進(jìn)行二維有限元分析，是將分析區(qū)域視為平面應(yīng)變問題，即認(rèn)為軸向長，但由于實(shí)際長度有限，其瞬態(tài)受載過程中的應(yīng)力應(yīng)變變化情況并非均值，因此二維分析結(jié)果與實(shí)際參數(shù)分布會存在偏差。通過三維實(shí)體有限元對瞬態(tài)楔緊過程進(jìn)行分析，可以更進(jìn)一步地了解隨時間變化的應(yīng)力和應(yīng)變值變化情況，通過將參數(shù)分布沿軸向展開，可以有用地獲取滾子及外環(huán)上應(yīng)力應(yīng)變的變化趨勢，并可以校驗(yàn)二維分析的合理性?？梢暂^好地模擬從外環(huán)開始接觸滾子到單向聯(lián)軸器穩(wěn)定楔緊的整個瞬態(tài)過程，所截面上大致的應(yīng)力分布定性上與三維分析一致且數(shù)值較高，具有安 全裕度。因此，將單向聯(lián)軸器楔緊過程簡化為平面問題處理具有可行性。2)由三維分析所獲得的軸向應(yīng)力分布狀態(tài)表明，內(nèi)環(huán)及外環(huán)應(yīng)力分布呈馬鞍面分布，中部較低，兩端較高，而在滾子上的應(yīng)力分布則與之相反，較高應(yīng)力發(fā)生在兩排滾子中部，兩側(cè)較低，這一結(jié)論將為后續(xù)單向聯(lián)軸器楔緊機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。