化工設備設計基礎課程設計

1、化工設備設計基礎課程設計圓環(huán)形聯(lián)軸器膜片的應力計算指導教師： 王 悅 老 師 班級： 0 8 2 0 6 2 1 姓名： 陳 婷 婷 學號： 3 1 一、 工程背景聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。聯(lián)軸器分別有圓環(huán)膜片型聯(lián)軸器.齒式聯(lián)軸器.輪胎式聯(lián)軸器.星形彈性聯(lián)軸器.梅花形彈性聯(lián)軸器.萬向聯(lián)軸器幾種類型，其中圓環(huán)形聯(lián)軸器具有機械強度高、承載能力大、質量輕、結構尺寸小，傳動效率和傳

2、動精度高、可靠性好、裝拆方便，且具有無相對滑動，不需潤滑，使用壽命長、無噪聲、耐酸、堿、防腐蝕等特點，可用于高溫、低溫和有油、有水和腐蝕介質的工況環(huán)境。適用于中、高速、大轉矩軸系傳動。以及各種機械裝置載荷變化不大的軸系傳動，通用性極強。 下圖是幾種聯(lián)軸器聯(lián)軸器 單節(jié)膜片聯(lián)軸器 MK型圓形膜片聯(lián)軸器二、 ANSYS工程分析理論介紹ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級CAE工具之一。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模

3、塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。三、 主要技術參數(shù)及任務有關技術參數(shù)圖1. 結構尺寸圖（1）單個膜片的結構尺寸如右圖所 示。（2）膜片數(shù)量17片（3）工作參數(shù) 功率 轉

4、速（4）允許安裝誤差 允許的偏轉角 允許軸向位移（5）材料為：1Cr18Ni9 材料密度 楊氏模量，泊松比課題任務用ANSYS軟件求圓環(huán)膜片由離心力所產(chǎn)生的應力（1）離心慣性應力ANSYS應力計算流程（2）有限元模型各節(jié)點的應力結果（3）節(jié)點應力計算結果（4）節(jié)點應力分析結果四、 力學模型簡化圖2. 模型簡化圖在取出的1/4膜片邊緣截面上采用固定約束處理；中間螺栓孔處根據(jù)不同工況分別固定徑向位移和根據(jù)工作參數(shù)給定軸向位移；小孔邊緣采用剛性域（加固）處理。膜片內(nèi)外環(huán)邊自由。具體計算工況為：離心慣性力產(chǎn)生的離心應力。高轉速機械的離心慣性力在結構的應力計算中十分重要，該聯(lián)軸器的轉速為，其離心慣性力可

5、以按徑向體力加載，方向沿徑向向外，固定中間螺栓孔的徑向位移、周向位移和軸向位移，周邊無其他載荷作用。五、 1/4有限元模型的建立根據(jù)簡化的力學模型，在ANSYS軟件中建立實體模型。采用殼單元SHELL63進行有限元網(wǎng)格劃分，生成有限元模型。由于實際工作時在螺栓孔周邊與法蘭相連而得到加固，我們采用剛性域處理，周邊小范圍內(nèi)厚度加大。邊界條件和載荷按簡化的力學模型給出。ANSYS自動生成的有限元模型結點數(shù)為592，單元數(shù)為516，在螺栓孔附近應力梯度較大，所以節(jié)點較密、單元較小。而遠離螺栓孔的地方，應力變化較緩，所以節(jié)點較疏，單元較大。有限元網(wǎng)格的劃分情況和節(jié)點編碼如圖3-圖10所示，在不同的計算流

6、程中節(jié)點編碼上可能存在微小差異，它并不影響應力的計算和分析，結果分析可根據(jù)對應點在模型中的具體位置（坐標）來確定。 圖3. 整體有限元模型視圖 圖4. 中間孔附近有限元模型視圖 圖5. 左端部有限元模型視圖 圖6. 右端部有限元模型視圖 圖7. 中間孔下部有限元模型視圖 圖8. 中間孔上部有限元模型視圖 圖9. 左側部分有限元模型視圖 圖10. 右側部分有限元模型視圖六、 應力分析計算結果（1）離心慣性應力ANSYS應力計算流程 /BATCH /COM,ANSYS RELEASE UP20090415 21:19:45 06/18/2011/input,menust,tmp,''

7、;,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0 !* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GU

8、I filtering have been set to display:/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,SHELL63!* R,1,0.4, , , , , , RMORE, , , ,RMORE RMORE, ,!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,198e3 MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7.9e-9 PCIRC,139,95,45,135,CYL4,0,117,11 CSYS,1 FLST,3,1,5,ORDE,1 FITEM,3,2 AGE

9、N,2,P51X, , , ,45, , ,0 FLST,3,1,5,ORDE,1 FITEM,3,2 AGEN,2,P51X, , , ,-45, , ,0 FLST,3,3,5,ORDE,2 FITEM,3,2 FITEM,3,-4 ASBA, 1,P51X SAVEFLST,5,4,4,ORDE,2 FITEM,5,17 FITEM,5,-20 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,20, , , , ,1 !* FLST,5,8,4,ORDE,5 FITEM,5,5 FITEM,5,-9 FI

10、TEM,5,12 FITEM,5,14 FITEM,5,-15 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,30, , , , ,1 !* FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,3 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,40, , , , ,1 !* MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 5 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA'

11、 CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* ! Start of report captures. eui,'package require ansys'eui,'ansys:report:setdirectory "file_report"'/REPLOT,RESIZE /PLOPTS,MINM,OFF/REPLOT,RESIZE eui,'ansys:report:imagecapture file Image 1 ' eui,'an

12、sys:report:finished' /REPLOT,RESIZE /REPLOT,RESIZE FINISH /SOLFINISH /PREP7 FINISH /SOLFINISH /PREP7 FINISH /SOLFLST,2,8,4,ORDE,6 FITEM,2,9 FITEM,2,12 FITEM,2,14 FITEM,2,-15 FITEM,2,17 FITEM,2,-20 FLST,2,12,4,ORDE,7 FITEM,2,5 FITEM,2,-9 FITEM,2,12 FITEM,2,14 FITEM,2,-15 FITEM,2,17 FITEM,2,-20 !*

13、 /GO DL,P51X, ,ALL, CGLOC,0,0,0,CGOMGA,0,278,0, DCGOMG,0,0,0, !* FINISH /POST1 FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST FINISH /POST1 !* /EFAC

14、ET,1 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0! Start of report captures. eui,'package require ansys'eui,'ansys:report:setdirectory "file_report"'/REPLOT,RESIZE /PLOPTS,MINM,OFF/REPLOT,RESIZE eui,'ansys:report:imagecapture file Image 2 ' eui,'ansys:report:finished' /REPLOT,RESIZ

15、E /REPLOT,RESIZE !* PRNSOL,S,PRIN SAVE,'xiaomi','db','F:anquanrenjizuoye' FINISH ! /EXIT,MODEL （2）有限元模型各節(jié)點的應力結果圖1：整體有限元模型視圖圖2：整體有限元模型應力分布圖（3）節(jié)點應力計算結果* POST1 NODAL STRESS LISTING * PowerGraphics Is Currently Enabled LOAD STEP=1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 SHELL NODAL

16、RESULTS ARE AT TOP/BOTTOM FOR MATERIAL 1 NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 250 1.3552 0.0000 -1.4787 2.8339 2.4550 250 1.3552 0.0000 -1.4787 2.8339 2.4550 251 1.3890 0.0000 -1.5715 2.9605 2.5655 251 1.3890 0.0000 -1.5715 2.9605 2.5655 252 1.4408 0.0000 -1.6611 3.1019 2.6886 252 1.4408 0.0000 -1.6611 3.1019 2.

17、6886 253 1.4478 0.0000 -1.7563 3.2041 2.7791 253 1.4478 0.0000 -1.7563 3.2041 2.7791 254 1.4124 0.0000 -1.8460 3.2584 2.8302 254 1.4124 0.0000 -1.8460 3.2584 2.8302 255 1.3546 0.0000 -1.9304 3.2850 2.8594 255 1.3546 0.0000 -1.9304 3.2850 2.8594 256 1.2842 0.0000 -2.0024 3.2866 2.8688 256 1.2842 0.00

18、00 -2.0024 3.2866 2.8688 257 1.2158 0.0000 -2.0469 3.2627 2.8560 257 1.2158 0.0000 -2.0469 3.2627 2.8560 258 1.1453 0.0000 -2.0841 3.2293 2.8358 258 1.1453 0.0000 -2.0841 3.2293 2.8358 259 1.0702 0.0000 -2.1137 3.1839 2.8063 259 1.0702 0.0000 -2.1137 3.1839 2.8063 * POST1 NODAL STRESS LISTING * Powe

19、rGraphics Is Currently Enabled LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 SHELL NODAL RESULTS ARE AT TOP/BOTTOM FOR MATERIAL 1 NODE S1 S2 S3 SINT SEQV 278 0.0000 -0.14953 -0.58083 0.58083 0.52237 279 0.0000 -0.10084 -0.43477 0.43477 0.39414 279 0.0000 -0.10084 -0.43477 0.43477 0.39414 280 0.0

20、000 -0.46501E-01-0.26506 0.26506 0.24514 280 0.0000 -0.46501E-01-0.26506 0.26506 0.24514 281 0.65010E-01 0.0000 -0.49679E-01 0.11469 0.99619E-01 281 0.65010E-01 0.0000 -0.49679E-01 0.11469 0.99619E-01 282 1.3695 0.33268 0.0000 1.3695 1.2372 282 1.3695 0.33268 0.0000 1.3695 1.2372 283 0.45809E-01 0.0000 -0.15577E-01 0.61386E-01 0.55269E-01 283 0.45809E-01 0.0000 -0.15577E-01 0.61386E-01 0.55269E-01 284 0.11040 0.0000 -0.72484E-01 0.18288 0.15951 284 0.11040 0.0000 -0.72484E-01 0.18288 0.15951 285 0.16515 0.0000 -0.99808E-01 0.26496 0.23177 285 0.16515 0.0000