滾珠聯軸器的有限元分析

滾珠聯軸器是一種無彈性元件的撓性聯軸器,具有軸向、徑向和角向補償功能,它具有結構簡單、外形尺寸小、質量輕、便于制造、成本低、裝拆方便和傳遞扭矩大等優點。為了提高機械裝置的效能和穩妥性,機械的零部件,尤其是聯軸器,采用滾珠作為傳遞扭矩的元件,即滾珠聯軸器。從目前的資料來看,對滾珠聯軸器的研究一般均采用數值公式計算的方法,這種方法對求解復雜條件的問題有些困難,而且準確度低。現采用有限元方法,借助有限元分析軟件ANSYS對滾珠聯軸器在各種尺寸參數下所受的接觸應力值進行了計算和分析,了接觸應力受尺寸參數影響的變化規律,具有相對工程應用價值。

滾珠聯軸器所受的接觸應力值的變化規律,在整體外形尺寸已定的情況下,即滾珠尺寸相對時,滾珠聯軸器傳遞扭矩時所受的接觸應力值大小主要與下列因素有關:外半聯軸器球槽半徑R1,內半聯軸器球槽半徑R2,滾珠和球槽之間的游隙值;b)設計時,在能夠滿足傳動要求和合理裝配條件下,盡量使外半聯軸器球槽尺寸與滾珠半徑接近,這樣可以降低接觸應力值,提高滾珠聯軸器壽命。對于內半聯軸器,其球槽基本尺寸可以與滾珠半徑一致,采用正的上下偏差,公差等級可以適當降低,以降低制造難度;c)滾珠聯軸器球槽與滾珠之間的游隙大小對應力值的影響雖然比較復雜,但也可以得出一些指導性的結論。為了滿足滾珠聯軸器的各種補償要求,同時也為了安裝方便,一般聯軸器球槽與滾珠之間均應該有間隙。根據計算所得的數據,外半聯軸器球槽與滾珠之間的游隙較好<0.01mm,或者>0.05mm,但是游隙過小,會造成裝配困難,同時會提高公差等級,使制造困難;若游隙太大,又會影響傳動的穩定性,變加振動和噪音,使動態性能變差。游隙在0.01～0.05mm之間時,滾珠聯軸器所受的接觸應力值雖然相對較大,但比較穩定,在滾珠尺寸R=10mm和R=14mm情況下是滿足工程要求的。所以綜合考慮各種因素,取游隙在滾珠聯軸器所受接觸應力比較穩定的區域。