單向聯軸器楔緊過程對比研究

    單向聯軸器楔緊過程平面及三維數值對比研究以具有對數螺旋線型面特征的綜合式液力變矩器單向聯軸器為研究對象，為考察其在瞬態楔緊過程中內外環及滾子等各部分應力分布狀態特性，基于顯式動力學理論進行了二維平面應變和三維有限元動力學分析，分別從二維和三維的角度對這一動態過程進行了數值模擬。對2種方法仿真結果的對比分析表明，三維分析的結果所獲得的各部件軸向的應力分布信息彌補了二維分析的不足，同時也驗證了將實際三維單向聯軸器傳動過程進行二維平面問題簡化的可行性，2種分析結果的一致性為單向聯軸器的設計和計算提供了更理論依據。作為坦克裝甲車輛綜合式液力變矩器的核心部件，單向聯軸器可以在速比區域內實現變矩器工況和偶合器工況的切換，改良整車動力性能和傳動效率。

目前在單向聯軸器設計的強度計算中，對其各零部件應力分布的有限元分析通常將模型簡化為平面應變問題，建立二維的平面有限元模型進行分析。將三維模型問題假定為平面問題處理，可以簡化模型、提高計算效率，也是有限元分析處理這類問題的常用方法。但由于二維分析與三維分析存在對實際物理過程一個維度的簡化，因此相關的研究結果也表明其分析結果存在較大差異。與三維有限元分析相比，對單向聯軸器各零部件應力分布狀態的二維有限元分析顯然不能體現單向聯軸器的軸向應力分布狀態。為獲取軸向應力分布狀態的信息，并據此驗證這種二維簡化的可行性和有用性，本文在對這一過程二維有限元分析研究基礎上，以同系列對數螺線雙排滾子式單向聯軸器為研究對象，基于顯式動力學理論，在平臺上，對其瞬態楔緊過程分別進行二維和三維模型的有限元分析。對滾柱式單向聯軸器楔緊過程進行二維有限元分析，是將分析區域視為平面應變問題，即認為軸向長，但由于實際長度有限，其瞬態受載過程中的應力應變變化情況并非均值，因此二維分析結果與實際參數分布會存在偏差。通過三維實體有限元對瞬態楔緊過程進行分析，可以更進一步地了解隨時間變化的應力和應變值變化情況，通過將參數分布沿軸向展開，可以有用地獲取滾子及外環上應力應變的變化趨勢，并可以校驗二維分析的合理性。可以較好地模擬從外環開始接觸滾子到單向聯軸器穩定楔緊的整個瞬態過程，所截面上大致的應力分布定性上與三維分析一致且數值較高，具有安 全裕度。因此，將單向聯軸器楔緊過程簡化為平面問題處理具有可行性。2)由三維分析所獲得的軸向應力分布狀態表明，內環及外環應力分布呈馬鞍面分布，中部較低，兩端較高，而在滾子上的應力分布則與之相反，較高應力發生在兩排滾子中部，兩側較低，這一結論將為后續單向聯軸器楔緊機構的優化設計提供依據。