城市轨道交通用联轴器有限元分析

联轴器是列车驱动系统的关键部件，它的主要作用是将电机扭矩有效地传递到齿轮箱中，并且能适应电机输出轴与齿轮箱的输入轴之间产生的较大轴向、径向与角向补偿的复杂工作环境。确定联轴器的结构形式该联轴器为鼓形齿联轴器，由齿数相同的内齿圈和外齿轴套及端盖、密封圈等组成。其中，内齿圈齿面为直齿，外齿轴套齿顶和齿面均为圆弧面。外齿轴套齿顶圆半径与内齿圈齿根圆半径相同，即大圆定心。为了能进行转角补偿，内外齿啮合时留有一定的齿侧间隙。联轴器工作时，靠内外齿的啮合传递转矩，并通过鼓形外齿套在直齿的内齿圈摆动，来补偿两传动轴线的相对偏移

联轴器主要用来传递扭矩，该联轴器在工作时，两轴将产生相对角位移，内外齿的齿面作周期性轴向相对滑动，而当内齿圈与外齿轴套的轴线夹角发生变化时，两者的接触区域也随之发生变化，这将直接影响联轴器的应力分布状态。本次分析的鼓形齿连轴器最大许用角位移为1．5。为了能比较全面得了解鼓形联轴器的结构力学性能，分析中，按内齿圈与外齿轴套的轴线夹角成0。0．5 1．0、1．5。几种情形，在大扭矩10kN·m以及额定转矩1．5kN·m工作状态下的接触状态及应力分布规律进行了分析研究。为模拟鼓形齿联轴器工作时的边界约束条件，消除刚体位移，约束内齿圈自由端端面各节点的位移自由度，同时外齿轴套内圈通过刚性单元连接，扭矩载荷通过刚性单元传递，其单元网格划分及边界约束条件。

根据该联轴器的结构形式以及设计要求，建立了联轴器的有限元模型，在不同偏转角以及不同载荷大小的作用下对其位移、应力等进行分析。1)从表1中可以看出，随着轴线夹角的增大，内齿圈的变形基本一致，而外齿轴套由于接触位置的变化，产生自由运动，导致位移量逐步增大。随着轴线夹角的增大，内外齿接触位置的最大应力均逐步增大，其余位置的最大应力也在逐步增大，但相比增大幅度较小。2)本文还计算了内齿圈与外齿轴套的扭转刚度，均在设计范围之内，满足设计要求