柔性鉸鏈內(nèi)部應(yīng)力的有限元分析
2014/11/28 15:14:13
0 引言
柔性鉸鏈利用了彈性材料微小角變形及其自身回復(fù)的特性,消除了傳動(dòng)過程中的機(jī)械空回和機(jī)械摩擦,能獲得較高的位移分辨率,并有很緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)和很高的剛度以及靈敏的反應(yīng)。柔性鉸鏈有許多的應(yīng)用,如:陀螺儀、加速度計(jì)、控制導(dǎo)彈的噴嘴、控制器、顯示儀、表面控制調(diào)整器、繼電器、傳動(dòng)連桿等。
柔性鉸鏈同所有的金屬材料制成的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一樣,在傳動(dòng)載荷的過程中會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生不同程度的工作應(yīng)力。在理想的情況下,為了充分利用材料的強(qiáng)度,應(yīng)使柔性鉸鏈的工作應(yīng)力接近于材料的極限應(yīng)力,但實(shí)際上不可能,作用在柔性鉸鏈上的外力常常估計(jì)不準(zhǔn)確;柔性鉸鏈外形與所承受的外力有時(shí)很復(fù)雜,利用力學(xué)基本公式計(jì)算所得柔性鉸鏈內(nèi)部應(yīng)力通常帶有近似性;實(shí)際材料的組成與品質(zhì)等難免存在差異;柔性鉸鏈所有這些因素都可能使柔性鉸鏈的實(shí)際工作條件比設(shè)想的要有偏差。為了確保安全,柔性鉸鏈還應(yīng)具備適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度儲(chǔ)備,特別是對(duì)于因損壞而帶來(lái)嚴(yán)重后果的柔性鉸鏈,更應(yīng)給予較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。
1 柔性鉸鏈機(jī)械設(shè)計(jì)及關(guān)鍵參數(shù)
柔性鉸鏈,其兩端橫截面為矩形,鉸鏈由精密線切割數(shù)控機(jī)床加工而成。
表明了柔性鉸鏈的外觀形狀、受力方向、轉(zhuǎn)軸方向和幾何參數(shù)。柔性鉸鏈的主要幾何參數(shù)為:切割半徑R、厚度t、寬度b和圓心角H(切割半徑R的中心在鉸鏈的棱邊上構(gòu)成的鉸鏈稱為直圓型柔性鉸鏈。即h=2R+t)。
2 有限元分析
本文將整個(gè)柔性鉸鏈作為彈性體,采用有限元分析軟件ANSYS9.0,建立分析模型,以參數(shù)形式給出柔性鉸鏈的幾何尺寸和材料性質(zhì)進(jìn)行分析建模,劃分網(wǎng)格,個(gè)數(shù)越多精度越高。另外在鉸鏈的頸部盡可能多地劃分網(wǎng)格個(gè)數(shù),能夠計(jì)算出在載荷作用下柔性鉸鏈內(nèi)部所受應(yīng)力性質(zhì)和數(shù)值。
ANSYS9.0分析結(jié)果:
(1)材料為錳青銅的柔性鉸鏈在3組不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下所受內(nèi)部應(yīng)力的ANSYS9.0分析結(jié)果。
取Fy=20N,通過應(yīng)力云圖顯示結(jié)果,用同等材料制成的柔性鉸鏈在相同載荷作用下,當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)中切割半徑R越大時(shí),柔性鉸鏈內(nèi)部應(yīng)力明顯增大。即當(dāng)柔性鉸鏈材料和所受載荷選定之后,在不影響外部結(jié)構(gòu)和柔性鉸鏈偏轉(zhuǎn)范圍的情況下,為確保柔性鉸鏈內(nèi)部應(yīng)力不超過其自身許用應(yīng)力,結(jié)構(gòu)參數(shù)中切割半徑R在保證變形的前提下應(yīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)較小一些。
(2)結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的柔性鉸鏈在3種不同材料制成情況下所受內(nèi)部應(yīng)力的ANSYS9.0分析結(jié)果。
取Fy=20N,通過應(yīng)力云圖顯示結(jié)果,采用相同結(jié)構(gòu)尺寸制成的柔性鉸鏈在相同載荷作用下,當(dāng)材料的彈性模量越大時(shí),柔性鉸鏈內(nèi)部拉應(yīng)力越小,而壓應(yīng)力差別很小。即當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和所受載荷選定以后,為確保柔性鉸鏈內(nèi)部應(yīng)力不超過其自身許用應(yīng)力,選擇材料時(shí)應(yīng)適當(dāng)選取彈性模量較大一些。
(3)相同材料制成的柔性鉸鏈在結(jié)構(gòu)參數(shù)大體相同情況下,直圓形柔性鉸鏈和矩形柔性鉸鏈所受內(nèi)部應(yīng)力的ANSYS9.0分析結(jié)果。
取Fy=20N,通過應(yīng)力云圖顯示結(jié)果,采用相同材料且結(jié)構(gòu)參數(shù)大體相同的柔性鉸鏈在相同載荷作用下,直圓形柔性鉸鏈所受內(nèi)部壓應(yīng)力要明顯小于矩形柔性鉸鏈,而拉應(yīng)力則差別不大。即當(dāng)柔性鉸鏈材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)基本確定之后,為保證柔性鉸鏈內(nèi)部應(yīng)力的可靠性,應(yīng)盡量選擇直圓形柔性鉸鏈。
3 結(jié)語(yǔ)
本文利用有限元軟件ANSYS9.0對(duì)柔性鉸鏈在材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)、加工形狀諸因素在不同情況下的內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行分析,直觀顯示了材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)、加工形狀對(duì)柔性鉸鏈在承受載荷作用時(shí)內(nèi)部應(yīng)力的變化趨勢(shì),為柔性鉸鏈在實(shí)際應(yīng)用中的選擇提供了參考依據(jù)。
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- HL.14180 弧形長(zhǎng)拉手
- 材質(zhì)：不銹鋼
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- HL.12320 蝶形把手
- 材質(zhì)：增強(qiáng)尼龍+通
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- HL.12310星形把手
- 材質(zhì)：ABS
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- HL.15010 間隔板
- 材質(zhì)：膠木
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- HL.41106 鉸鏈
- 材質(zhì)：增強(qiáng)尼龍
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- HL.51302 門鎖
- 材質(zhì)：
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- HL.14170 圓形長(zhǎng)拉手
- 材質(zhì)：鋁管
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- HL.41132 鉸鏈
- 材質(zhì)：鋅合金
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- HL.41119 鉸鏈
- 材質(zhì)：鋅合金
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