带凸缘联轴器振型的数值模拟

耿红正 舒剑锋 陈泽英

（黄冈职业技术学院，湖北 黄冈438002）

凸缘联轴器也称法兰联轴器[1]，是刚性联轴器的一种，是机械传动中较典型的一种联轴器；凸缘联轴器结构简单，价格低廉，可传递较大的转矩，当轴的对中性较好，轴的刚性大，转速较低时多采用凸缘联轴器[2]。 凸缘联轴器在使用过程中 不可避免会产生振动和噪声，这些振动和噪声不仅使工作环境变得恶劣， 有时还会影响机器的正常工作，甚至会导致结果提前失效[3]。对联轴器来说，其振动频率如果达到其固有频率时，其振动幅度将大幅增大，严重时将直接导致其结构破坏。研究凸缘联轴器的各阶频率和振型，可以在实际中有效避免结构长期处于共振频率下工作，从而达到消除过度振动和噪声，防止结构因共振而破坏的目的。

1 凸缘联轴器模型

选取的凸缘联轴器尺寸如图1 二维图所示，材料为35 号钢，弹性模量E 为206GPa，泊松比μ 为0.3，密度ρ 为7800kg/m3。

该凸缘联轴器为对称模型，进行有限元模拟计算时通常为了提高效率，可以取1/6 模型进行模拟分析，但这里是研究其频率和振型，取整个模型分析较好[4]，我们用catia 软件建立其三维实体模型如图1 三维图所示，为后面分析作准备。

图1 凸缘联轴器模型

2 凸缘联轴器的有限元模拟

2.1 有限元分析流程如图2 所示。

图2 有限元分析流程图

2.2 分析模型的建立及处理

将catia 建立好的带凸缘联轴器三维模型存储为igs 格式，然后导入Abaqus 中。 按前面的数据设置材料属性； 建立linear perturbation/frequency 分析步，这里分析前50 阶频率和振型。 根据其工作情况定义边界条件，选择隐式线性3D 应力四面体单元，类型为C3D4，进行网格划分如图3 所示。 然后进行模拟求解。

图3 联轴器网格模型

2.3 模拟求解结果

2.3.1 模型的振型图

这里显示模型部分阶振型图，如图4 所示。

图4 各阶振型图

2.3.2 节点随模态变化的位移曲线

这里讨论节点303,节点161,节点3021,节点357,节点1508,节点71 节点六个节点随模态变化的位移曲线，如图5 所示。

3 结语

从振型及振型图可以看出，凸缘联轴器当振动频率达到其固有频率时，其振动幅度将大幅增大，即我们常说的共振，此时其振动和噪声也将增大，如果凸缘联轴器长期处于共振下工作还将直接导致结构被破坏。因此对凸缘联轴器结构进行模态分析，掌握其各阶频率及振型，在实际应用中尽量避免结构长期处于共振频率下工作可有效降低振动和噪声，也可避免结构提前失效。

［1］朱兆亮.凸缘联轴器三维有限元分析[J].内江科技.2012，4，26.

［2］张燕霞.YL12 型凸缘联轴器上连接螺栓的可靠性设计[J].中小企业管理与科技，2011，4，252.

［3］戴丽玲.简支梁固有频率与固有振型的实验室测量与理论分析[J].昆明学院学报，2208，4：86-89.

［4］谢龙汉，刘新让，刘文超.ANSYS 结构及动力学分析[M].北京:电子工业出版社，2012：334-340.