柱形弹性套胀紧连接实验台的变形分析

　　0 引言

　　为研究柱形弹性套胀紧连接结构、工作原理、传递转矩, 为其推广应用提供理论依据[1]。需设计实验台通过得到确切的实验数据与理论计算值进行比对研究, 得出结论。要求实验台测量精度要能满足设定的实验要求, 保证测得的实验结果合理准确。主要是要求实验台在受载后, 变形不可过大, 以免影响被测零件的胀紧变形, 从而影响其正常工作, 进而影响实验结果的准确性。针对实验台的初步设计结构, 进行推导计算。在保证实验要求的前提下, 对结构进行改进优化, 使结构刚度满足设计要求指标。

　　1 结构的初步设计及实验要求

　　实验台的初步设计结构如图 1, 主要由上体 1、下体 2 两部分组成, 两部分结构都为钢板焊接而成用螺栓连接, 沿电机轴线自上而下装配结构是实验台的主要装配路线, 在下体上表面固定被实验轮毂 6, 内装柱形弹性套, 套的中心孔装被实验轴, 弹性套沿周向装有紧固螺栓。电机扭矩自上而下经传感器传至被实验轴。上体、下体结构, 主要为长方体结构, 内腔也为长方体( 形) , 壁厚均匀一致。考虑到加工、装配、力学解析计算等要尽量方便、简易。整个设计简洁明了, 零件易于加工制造。

　　实验要求主要是实验台的变形要控制在一定的范围内。也就是说一方面实验台刚度不可太小, 以免加载后变形过大会直接影响实验连接件的变形, 影响实验数据的准确性。

　　另一方面刚度也不可太大, 实验台要有一定的柔性,对研究连接的过载保持有较大的意义。综合各方面考虑,给出的实验条件为: ①工作载荷最大扭矩: 10000Nm; ②要求实验台最大变形位移量: 约 1mm 左右。

　　2 结构的变形分析计算

　　如图 1 所示, 实验台的变形主要是组合上体 1、下体 2 两部分的变形得出总的变形位移量。首先分析上体, 上体主要通过两个销受电机的扭矩作用。

　　如图 2 所示, 首先将上体分解为 A、B、C 三部分,分别进行变形分析。A 部分近似于悬梁, 如图 3 所示,建立 xy 坐标系, 通过两销施加扭矩, 分解为二扭转力F1、 F2, 在销孔圆心处沿点划线圆切线方向。力 F1分解为 X 向力 Fx1、Y 向力 Fy1, 力 F2分解为 X 向力 Fx2、Y 向力 Fy2, 分别计算各力引起的弯曲、拉压、扭转变形导致的位移和角度。Fx1、Fx2主要引起弯曲变形。Fy1、Fy2引起弯曲和拉压变形。因为二扭转力 F1、 F2施加在悬梁A 的上表面, 所以在将各分力向梁的横截面中心移植的时候, Fx1、 Fx2会产 生 扭 转 , Fy1、Fy2引起梁绕 X 轴弯曲。变形变得较为复杂, 悬梁靠近中位置又挖孔安装钢筒 ( 内部将来装配电机轴 及 传 动 轴 ) ,使梁的横截面变的不连续, 又给计算带来麻烦。对于这个问题, 作者将梁的截面按两种极值情况分别计算, 即一种情况若内部无钢筒按材料力学公式可以算最大变形位移, 另一种情况若内部有方形钢筒且宽度等于圆筒直径, 按材料力学公式算最大变形位移。两个值取线性插值, 来近似求出最大位移。因为算出的变形很小, 使用两点线性插值可满足要求。各分力引起的变形计算结果如表 1 所示, 各数值符号未给出, 符号由变形方向决定。可根据具体计算的不同变形点对应分析。最大位移点如图 4 所示, 可能为 A、B、C或 D 点。最后将各位移叠加后得到总位移数值为 最大位移点为 A、B 点。由结果知, 相对实验要求位移很小可以忽略不计。