【凸緣聯(lián)軸器可靠性探究5000字（論文）】

11-2-凸緣聯(lián)軸器可靠性研究摘要由于凸緣聯(lián)軸器結構簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低所以在國民經(jīng)濟及其他領域得到了廣泛的應用。作為旋轉機械機構，并且由于制造和安裝的誤差，導致凸緣聯(lián)軸器成為整個系統(tǒng)中的易損零件。本文采用可靠性設計方法對鉸制孔用螺栓連接的凸緣聯(lián)軸器標準進行了分析，結果發(fā)現(xiàn)某些主要零件的強度裕度較大，而且各零件間的強度裕度差距也很大。本文在選擇了合理的可靠度的條件下，通過分析和設計，認為減小凸緣聯(lián)軸器有關零件的尺寸是可能的?？煽啃栽O計方法比較符合實際，而且能用可靠性指標確切表達產(chǎn)品安全可靠的程度，因此，運用可靠性設計能夠得到結構與尺寸更為合理的產(chǎn)品，以求得更好的經(jīng)濟效果。為此，本文用可靠性設計方法對采用鉸制孔用螺栓連接的凸緣聯(lián)軸器標準進行了分析和計算。關鍵詞凸緣聯(lián)軸器可靠性設計設計分析目錄第1章緒論 1第2章機械可靠性設計概述 22.1機械零件可靠性設計原理 22.2機械可靠性設計的原則 22.2.1傳統(tǒng)設計和可靠性設計相結合 22.2.2可靠性設計與耐久性設計相結合 22.2.3定性設計和定量設計相結合 3第3章凸緣聯(lián)軸器的可靠性分析 43.1凸緣聯(lián)軸器零件 43.2可靠性分析的設定條件 43.3各主要零件的可靠度計算 53.3.1鉸制孔用螺栓連接 53.3.2平鍵聯(lián)接 63.3.3凸緣螺栓孔的設計 63.4凸緣聯(lián)軸器的可靠度 7第4章提高機械零件可靠性設計的對策 84.1提高機械零件標準化 84.2靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量 84.3提高重點部位零部件的可靠性 8結論 10第1章緒論隨著科學技術的發(fā)展，當今產(chǎn)品的結構越來越復雜，機械零件是工業(yè)產(chǎn)品中常用的一種重要系統(tǒng)。在機械零件設計的過程中，有效提高機械設備的節(jié)能效果和運行效率，機械零件的可靠性設計是當前可靠性工程界面臨的熱點和難點問題之一，給機械零件可靠性設計帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。機械零件可靠性設計包括了機械一體化的系統(tǒng)和單個的設備、裝置、零件及零件的組成部分等。機械產(chǎn)品一般屬于串聯(lián)系統(tǒng).要提高整機可靠性，首先應從零部件的嚴格選擇和控制做起。機械設計應力求簡單、零部件的數(shù)量應盡可能減少，是減少故障提高可靠性的最有效方法。怎樣合理的采用科學的可靠性設計方法使機器能夠在要求的工作環(huán)境下不會失效損壞是設計中必須考慮的重要問題，只有這樣才能提高和穩(wěn)定產(chǎn)品的可靠性。第2章機械可靠性設計概述2.1機械零件可靠性設計原理機械零件可靠性優(yōu)化設計，就是在分析可靠性的基礎上進行的優(yōu)化設計。機械產(chǎn)品的可靠性設計包括整機產(chǎn)品和零部件的設計。機械可靠性指數(shù)可由包含應力和強度分布參數(shù)的數(shù)學函數(shù)表達，計算產(chǎn)品的可靠性指標，例如結構材料屬性，結構的尺寸，承受載荷以及環(huán)境條件等的不確定情況。一般的機械零件優(yōu)化設計是一種確定性的優(yōu)化過程，盡量采用標準件或者質(zhì)量成熟穩(wěn)定的零件，對零件容易損壞關鍵部件進行可靠性分析計算，降低原材料消耗和制造成本，分析常見的失效形式，確定了機械零件的可靠度。機械零件產(chǎn)品在使用之前還要多次進行反復試驗，引入概率論和數(shù)量統(tǒng)計為基礎的可靠性設計方法，控制不確定因素對結構和系統(tǒng)的影響，反映出機械可靠性設計中變量的概率分布情況。作為機械零件結構設計的最初階段，基于可靠性的優(yōu)化設計是保證后續(xù)生產(chǎn)制造以及產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。2.2機械可靠性設計的原則2.2.1傳統(tǒng)設計和可靠性設計相結合在對機械零件進行可靠性設計時不可完全摒棄傳統(tǒng)設計方法。目前為實際的操作方式是從傳統(tǒng)的設計方法過渡到有計算機技術為基礎，將機械零部件可靠性的設計在傳統(tǒng)設計的基礎上，對機械的零部件材料、結構、尺寸等加以確定，然后依據(jù)與之相應的模型對其可靠性進行定量計算，機械零部件靠性設計的發(fā)展應該盡量同計算機結合起來,其可定量的分析和設計產(chǎn)品的失效概率和可靠度，更加具有直觀性和確定性。倘若還不能滿足預計的可靠性需求，則可修改機械的結構、尺寸甚至是更換材料，最后再對其進行可靠性的校核，直到能夠滿足需求。2.2.2可靠性設計與耐久性設計相結合機械零件多數(shù)利用的預防性維修為主的制度，系統(tǒng)和零部件的耐久性必須與預防性維修的制度相一致。機械零件應當具備可靠性與耐久性，所以在進行可靠性設計的同時，也應當進行耐久性設計，提出改進機械零件的可靠性的一種設計分析方法，另外它能減少生產(chǎn)準備時間和輔助時間，縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。耐久性要求與機械零件零件的壽命信息相對比，其可靠性的評價指標仍然以可靠性試驗為主，逐級預計上層產(chǎn)品的無故障性和耐久性，試驗結果仍然是保證可靠性設計的主要途徑。2.2.3定性設計和定量設計相結合由于機械零件定量設計無法完全解決機械零件可靠性的問題，故對難以定量計算的機械零部件設計。如將反映設計方案優(yōu)劣定性、定量的分析，比較各設計方案達到目標的程度，供設計者參考，便可以解決了機械零件相關系數(shù)的定量計算難題。所以機械零件可靠性設計工作中，我們無法定量地衡量產(chǎn)品的數(shù)量與規(guī)模，就必須將定性設計和定量設計結合起來。第3章凸緣聯(lián)軸器的可靠性分析3.1凸緣聯(lián)軸器零件凸緣聯(lián)軸器是應用最廣的一種聯(lián)軸器，它主要由兩個通過鍵分裝在軸端的半聯(lián)軸器和連接它們的螺栓組成。這種聯(lián)軸器對中精度可靠，傳遞扭矩較大，但要求兩軸同軸度好，主要用于載荷平穩(wěn)的聯(lián)接中，結構如圖3.1。圖3.1凸緣聯(lián)軸器零件本文所分析的凸緣聯(lián)軸器是通過半聯(lián)軸器上的3個鉸接孔用螺栓將扭矩從一端傳到另一端。分析時，以三個螺孔同一側的半個面固定，在鍵槽的一個面上施加力。已知轉矩為25N.m，配合的軸的直徑為19mm。有限元分析從圖上我們可以發(fā)現(xiàn)，在轉矩為25N.m時，半聯(lián)軸器的最大位移為0.00886972mm，最大位移發(fā)生在鍵槽處；最大應力也出現(xiàn)在鍵槽處，所得結果與實際情況相符合。3.2可靠性分析的設定條件凸緣聯(lián)軸器的失效主要發(fā)生在凸緣螺栓連接以及輪毅與鍵聯(lián)接二個部位，這些部位中的每個零件又有靜強度剪斷、疲勞剪斷、壓潰等失效形式，因此，可以設定每種失效形式是彼此獨立的，當出現(xiàn)一種失效形式時，聯(lián)軸器即失效，它們之間形成一個串聯(lián)系統(tǒng)，則聯(lián)軸器的可靠度RL。（3.1）當是單調(diào)函數(shù)時，使最大，等價于使達到最大，只要解下列方程：求出待估參數(shù)。（3.2）失效率與時間無關，這正是前述的浴盆曲線底部的失效模式，因此指數(shù)分布可以用來描述產(chǎn)品去除早期失效，進入恒定失效率期的一段失效。對于指數(shù)分布，其待估參數(shù)只有一個，即故障率，由前面可知，其極大似然估計函數(shù)：（3.3）對其取對數(shù)（3.4）解似然方程，求出待估的故障率（3.5）由于與之配套的工作機械的廣泛用途及載荷譜的復雜性，以及由制造和安裝產(chǎn)生的誤差，如被聯(lián)二軸徑向誤差，使螺栓產(chǎn)生附加剪切對稱循環(huán)應力，被聯(lián)二軸線角位移誤差使螺栓產(chǎn)生附加拉伸脈動循環(huán)應力。由故障率的估計值可得到產(chǎn)品的可靠度和平均壽命的估計值分別為，（3.6）的估計值與矩法得到的結果一樣。3.3各主要零件的可靠度計算3.3.1鉸制孔用螺栓連接當聯(lián)軸器采用鉸制孔用螺栓連接時，螺栓與鉸制螺栓孔的配合類別為H7K6、H7部分零件由于微小因素積累而造成的，如材料的磨損，彈性元件的疲勞，部件的斷裂，由于暴露而造成的腐蝕等失效機理，是在一定的應力下，隨時間的延長，微小因素逐漸增加而使產(chǎn)品最后失效，這些產(chǎn)品的壽命都服從對數(shù)正態(tài)分布。其密度函數(shù)：（3.7）由于螺栓孔壁應力狀態(tài)較為復雜，而且當被聯(lián)接件材料強度較低時，失效往往發(fā)生在孔壁，較多見到的是孔壁發(fā)生擠壓塑性變形和損傷，有時還出現(xiàn)螺孔橢圓現(xiàn)象。因此相對說來螺栓不發(fā)生壓潰的可靠度高一些，此處可以不予考慮。3.3.2平鍵聯(lián)接普通平鍵聯(lián)接靠鍵同鍵槽側面受擠壓來傳遞扭矩，其主要失效形式是鍵、軸與輪毅上鍵槽三者中最弱的工作面被壓潰，個別情況出現(xiàn)鍵被剪斷，由于軸孔聯(lián)接處采用B，型180“布置平鍵雙鍵聯(lián)接，考慮載荷分布不均勻，雙鍵聯(lián)接的強度只按1.5個鍵計算。鍵剪切面積A=lb=5x35mm，擠壓面積A=2.5x35mm。由剪切強度條件：（3.8）得P≤292N鍵的長度是平鍵聯(lián)接中可變的決定因素，如果將鍵長由170mm調(diào)整為L=I50mm,其他條件不變。由擠壓強度條件：得P≤321N故取P≤292N。3.3.3凸緣螺栓孔的設計螺栓桿徑d:如從21減少到13mm，約減少38.1，橫斷面積減少61.7，在相同的條件下其他型號聯(lián)軸器的連接螺栓桿徑d。如果半聯(lián)軸器為鋼，可靠度將更高。因此可以適當減少半聯(lián)軸器的尺寸，如螺栓分布直徑和凸緣厚度都可作相應的調(diào)整，聯(lián)軸器總體尺寸變小后，重量和轉動慣量將隨之減小，這不僅提高運轉的平穩(wěn)性和減小振動，而且也能降低成本。3.4凸緣聯(lián)軸器的可靠度從所得可靠度看，已超過涉及人身傷亡或帶來巨大經(jīng)濟損失的高重要設備的可靠度0.96，而且計算是按強度最弱原則選取的參數(shù)，因此所求L值是在多種情況下的最低可靠度，是可信的。從這一結論分析，新標準尺寸確實偏大，在材料強度不斷提高的今天，這個問題就顯得更為突出。此外與先進國家標準相比，設計上也是偏于保守。第4章提高機械零件可靠性設計的對策4.1提高機械零件標準化機械零件設計人員應結合實際零部件的負荷、尺寸和機構，提供相應的數(shù)據(jù)，進行標準化分析，提高標準零部件的結構工藝和可靠性，以期為可持續(xù)發(fā)展設計的最后產(chǎn)品的綠色化提供檢驗及保障。在為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品施以單獨設計，而是精心設計出多種模塊，也避免了前面所述及的系統(tǒng)組成單元數(shù)量眾多帶來的麻煩。機械產(chǎn)品的可靠性和機械零件標準化是一樣的，在產(chǎn)品進行可靠性設計的同時，考慮未來機械零件的通用性，它對機械是否能夠穩(wěn)定的工作起決定性作用。有了統(tǒng)一的機械零件標準，機械模塊就有了統(tǒng)一的接口，機械的標準化、系列化和通用化就更容易得以實現(xiàn)。4.2靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量零件是機械零件最基本的組成單元，可以根據(jù)系統(tǒng)組織關系，靈活增減系統(tǒng)元部件，來提高機械零件可靠性?？梢酝ㄟ^盡量減少元件數(shù)，能提高系統(tǒng)可靠性。對零件容易損壞關鍵部件進行可靠性分析計算，進而對整個系統(tǒng)進行分析計算，與模塊化設計方法結合起來，避免零件材料拆卸時本身的損壞和損壞產(chǎn)品的其它結構，可以同時滿足產(chǎn)品功能屬性和環(huán)境屬性，盡可能優(yōu)先選擇易于分離的搭扣式連接方便重用、升級、維修和產(chǎn)品廢棄后的拆卸、回收處理。靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量，比如行星齒輪減速器中，在合理的范圍內(nèi)，對數(shù)越多，就越有利于提高傳動的平穩(wěn)性與承載能力，可以有效的評價齒輪傳動性能的好壞。4.3提高重點部位零部件的可靠性零件的無故障性與其耐久性統(tǒng)一于零件壽命，是一致的。要把產(chǎn)品系統(tǒng)頂層的功能邏輯抽象成為模塊，以最少的產(chǎn)品變型滿足最大范圍的目標市場需求。減少裝配方向并使裝配操作在易于觀察的部位進行，通過定位關系描述零部件之間的空間位置關系和配合關系，防止某些部位結合處設計標準不統(tǒng)一，因在機械運作過程而造成的故障變形。將機械可靠性設計方法應用于產(chǎn)品的研發(fā)設計過程中，對產(chǎn)品在正常工況下的運行能力、使用壽命等進行可靠性預測。對系統(tǒng)進行故障分析主要是為了找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，然后加以改善以達到提高可靠性的目的，在機械零件可靠性設計中，并不是需要考慮所有的零部件，而只需要考慮重要的零部件，保證系統(tǒng)的可靠性。依據(jù)零件合并原則對功能相似或結構上能夠組合在一起的零部件進行合并，這樣就可減少零部件可靠性設計的工作量，盡可能簡化產(chǎn)品功能，采用簡單的結構和外形。結論可靠性關乎產(chǎn)品質(zhì)量乃至人員生命安全，關乎產(chǎn)品核心競爭力，對機械產(chǎn)品進行可靠性設計分析研究具有實際意義。機械產(chǎn)品的可靠性設計有諸多原則，耐故障數(shù)、安全裕度、余度設計、耐環(huán)境設計、人機工程設計。對機械產(chǎn)品而言，故障模式的識別是進行故障分析的基礎之一。一個好的機械產(chǎn)品不僅要具有好的性能，更要具有高的可靠性水平。本文結合當今可靠性工程學科研發(fā)，使機械技術在機械領域的應用和發(fā)展有一個全面的、客觀的認識。由于研究中受到時間與設備條件的限制，本文在有些方面還需進一步研究，在后續(xù)研究中，如果實驗條件允許的情況下，應通過實驗與理論相結合的方式來確定機械零件設計模型參數(shù)，結合使用階段的詳細情況對分配方案進行修正。參考文獻：[1]張永.淺談機械可靠性設計的內(nèi)涵與發(fā)展[J].中國新技術新產(chǎn)品.2017(07