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波紋管作為一種能自由伸縮的彈性補(bǔ)償元件，由于具有工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門，作為管道和設(shè)備的熱膨脹與相對位移補(bǔ)償、隔振、活動密封以及儀表彈簧等用，并仍在不斷地?cái)U(kuò)大它的使用領(lǐng)域。波紋管聯(lián)軸器是用波紋管直接與兩個半聯(lián)軸器相連而成。波紋管是一種外表面呈波紋狀的薄壁管件，一般由不銹鋼或銅合金加工制成，具有較高的軸向彈性。此類聯(lián)軸器的特點(diǎn)是重量輕、體積小，耐熱、耐腐蝕性能好，慣性力小，彈性好。波紋管屬殼類零件，要從力學(xué)角度來分析它有一定的困難。由于計(jì)算此聯(lián)軸器的強(qiáng)度有限元分析存在一定的難度，因此，國內(nèi)外目前一般只用于傳遞運(yùn)動，而很少用于傳遞動力。另外，波紋管普遍被人們認(rèn)為是不能承受扭矩作用，也即在扭矩作用下波紋管很容易被扭屈。
但是，經(jīng)過對波紋管的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)波紋管的直邊長度和波峰波谷的圓弧半徑對波紋管軸向、角向的補(bǔ)償影響較大，波紋管的直徑和壁厚對承受扭矩有較大影響。通過幾何非線性的有限元計(jì)算，在一定的結(jié)構(gòu)尺寸下，波紋管的結(jié)構(gòu)坍塌是發(fā)生在強(qiáng)度破壞之后。例如一波紋管的尺寸為，外徑65mm，內(nèi)徑40mm，壁厚1mm，波峰和波谷圓弧半徑為3mm，共四個波。在只承受6 000N m扭矩的作用下，結(jié)構(gòu)未發(fā)生坍塌現(xiàn)象，但此時的安全系數(shù)僅為0.046，已不能滿足強(qiáng)度條件。本文還解決了波紋管應(yīng)力和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算問題，成功地設(shè)計(jì)出用于動力傳遞、作為傳動裝置的一種新型波紋管聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器能夠部分代替另外一種新型聯(lián)軸器—疊片聯(lián)軸器。
目前波紋管的強(qiáng)度計(jì)算方法有幾種，用有限元法分析可以得到其最大應(yīng)力的數(shù)值，而且還可以知道最大應(yīng)力的位置及應(yīng)力的性質(zhì)和方向，以及得到整個波形截面上的應(yīng)力分布和位移情況。對于復(fù)雜受力，如同時承受扭轉(zhuǎn)、軸向和角向變形的情況，它可以直接得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，而其他的計(jì)算方法或者只能間接地取偏安全的數(shù)值，或者無法確定。波紋管的形狀是一種殼體，且作為聯(lián)軸器需要傳遞扭矩，還要補(bǔ)償位移，所以選用殼單元來計(jì)算波紋管聯(lián)軸器的應(yīng)力。殼單元在有限元中是一種較為復(fù)雜的單元，它需要把波紋管劃分為有限個殼單元，分別給出每個殼單元中各個節(jié)點(diǎn)的法面矢量，稍有疏忽有限元程序就無法計(jì)算，或者計(jì)算結(jié)果完全錯誤。在計(jì)算時采用了4節(jié)點(diǎn)殼單元，并在ADINA84上運(yùn)行計(jì)算。由于聯(lián)軸器不僅要傳遞扭矩，還要補(bǔ)償軸向和角向位移，所以采用了大位移非線性計(jì)算。
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