【《凸缘联轴器可靠性探析》5000字（论文）】.docx

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1、凸缘联轴器可靠性研究摘要由于凸缘联轴器结构简单，制造容易，径向尺寸小，成本低所以在国民经济及其他领域得到了广泛的应用。作为旋转机械机构，并且由于制造和安装的误差，导致凸缘联轴器成为整个系统中的易损零件。本文采用可靠性设计方法对皎制孔用螺栓连接的凸缘联轴器标准进行了分析,结果发现某些主要零件的强度裕度较大，而且各零件间的强度裕度差距也很大。本文在选择了合理的可靠度的条件下，通过分析和设计，认为减小凸缘联轴器有关零件的尺寸是可能的。可靠性设计方法比较符合实际，而且能用可靠性指标确切表达产品安全可靠的程度，因此，运用可靠性设计能够得到结构与尺寸更为合理的产品，以求得更好的经济效果。为此，本文用可靠性

2、设计方法对采用较制孔用螺栓连接的凸缘联轴器标准进行了分析和计算。关键词凸缘联轴器可靠性设计设计分析第1章绪论-2-第2章机械可靠性设计概述-2-2.1 机械零件可靠性设计原理-2-2.2 机械可靠性设计的原则-3-2.2.1 传统设计和可靠性设计相结合-3-2.2.2 可靠性设计与耐久性设计相结合-3-2.2.3 定性设计和定量设计相结合-3-第3章凸缘联轴器的可靠性分析-4-3.1 凸缘联轴器零件-4-3.2 可靠性分析的设定条件-4-3.3 各主要零件的可靠度计算-5-3.3.1 较制孔用螺栓连接-6-3.3.2 平键联接-6-3.3.3 凸缘螺栓孔的设计-7-3.4 凸缘联轴器的可靠度-

3、7-第4章提高机械零件可靠性设计的对策-8-4.1 提高机械零件标准化-8-4.2 灵活增减系统元部件数量-8-4.3 提高重点部位零部件的可靠性-8-结论-9-第1章绪论随着科学技术的发展，当今产品的结构越来越复杂，机械零件是工业产品中常用的一种重要系统。在机械零件设计的过程中，有效提高机械设备的节能效果和运行效率，机械零件的可靠性设计是当前可靠性工程界面临的热点和难点问题之一，给机械零件可靠性设计带来了严峻的挑战。机械零件可靠性设计包括了机械一体化的系统和单个的设备、装置、零件及零件的组成部分等。机械产品一般属于串联系统.要提高整机可靠性，首先应从零部件的严格选择和控制做起。机械设计应力求

4、简单、零部件的数量应尽可能减少，是减少故障提高可靠性的最有效方法。怎样合理的采用科学的可靠性设计方法使机器能够在要求的工作环境下不会失效损坏是设计中必须考虑的重要问题，只有这样才能提高和稳定产品的可靠性。第2章机械可靠性设计概述2.1 机械零件可靠性设计原理机械零件可靠性优化设计，就是在分析可靠性的基础上进行的优化设计。机械产品的可靠性设计包括整机产品和零部件的设计。机械可靠性指数可由包含应力和强度分布参数的数学函数表达，计算产品的可靠性指标，例如结构材料属性，结构的尺寸，承受载荷以及环境条件等的不确定情况。一般的机械零件优化设计是一种确定性的优化过程，尽量采用标准件或者质量成熟稳定的零件，对

5、零件容易损坏关键部件进行可靠性分析计算，降低原材料消耗和制造成本，分析常见的失效形式，确定了机械零件的可靠度。机械零件产品在使用之前还要多次进行反复试验，引入概率论和数量统计为基础的可靠性设计方法，控制不确定因素对结构和系统的影响，反映出机械可靠性设计中变量的概率分布情况。作为机械零件结构设计的最初阶段，基于可靠性的优化设计是保证后续生产制造以及产品质量的重要保证。2.2 机械可靠性设计的原则2.2.1 传统设计和可靠性设计相结合在对机械零件进行可靠性设计时不可完全摒弃传统设计方法。目前为实际的操作方式是从传统的设计方法过渡到有计算机技术为基础，将机械零部件可靠性的设计在传统设计的基础上，对机

6、械的零部件材料、结构、尺寸等加以确定，然后依据与之相应的模型对其可靠性进行定量计算，机械零部件靠性设计的发展应该尽量同计算机结合起来，其可定量的分析和设计产品的失效概率和可靠度，更加具有直观性和确定性。倘若还不能满足预计的可靠性需求，则可修改机械的结构、尺寸甚至是更换材料，最后再对其进行可靠性的校核，直到能够满足需求。2.2.2 可靠性设计与耐久性设计相结合机械零件多数利用的预防性维修为主的制度，系统和零部件的耐久性必须与预防性维修的制度相一致。机械零件应当具备可靠性与耐久性，所以在进行可靠性设计的同时，也应当进行耐久性设计，提出改进机械零件的可靠性的一种设计分析方法，另外它能减少生产准备时间

7、和辅助时间，缩短生产时间，提高生产效率。耐久性要求与机械零件零件的寿命信息相对比，其可靠性的评价指标仍然以可靠性试验为主，逐级预计上层产品的无故障性和耐久性，试验结果仍然是保证可靠性设计的主要途径。2.2.3 定性设计和定量设计相结合由于机械零件定量设计无法完全解决机械零件可靠性的问题，故对难以定量计算的机械零部件设计。如将反映设计方案优劣定性、定量的分析，比较各设计方案达到目标的程度，供设计者参考，便可以解决了机械零件相关系数的定量计算难题。所以机械零件可靠性设计工作中，我们无法定量地衡量产品的数量与规模，就必须将定性设计和定量设计结合起来。第3章凸缘联轴器的可靠性分析3.1 凸缘联轴器零件

8、凸缘联轴器是应用最广的一种联轴器，它主要由两个通过键分装在轴端的半联轴器和连接它们的螺栓组成。这种联轴器对中精度可靠，传递扭矩较大，但要求两轴同轴度好，主要用于载荷平稳的联接中，结构如图3.1。图3.1凸缘联轴器零件本文所分析的凸缘联轴器是通过半联轴器上的3个较接孔用螺栓将扭矩从一端传到另一端。分析时，以三个螺孔同一侧的半个面固定，在键槽的一个面上施加力。己知转矩为25N.m,配合的轴的直径为19mm0有限元分析从图上我们可以发现，在转矩为25N.m时,半联轴器的最大位移为000886972mm,最大位移发生在键槽处；最大应力也出现在键槽处，所得结果与实际情况相符合。3.2 可靠性分析的设定条

9、件凸缘联轴器的失效主要发生在凸缘螺栓连接以及轮毅与键联接二个部位，这些部位中的每个零件又有静强度剪断、疲劳剪断、压溃等失效形式，因此，可以设定每种失效形式是彼此独立的，当出现一种失效形式时，联轴器即失效，它们之间形成一个串联系统，则联轴器的可靠度R1.o1.S)=11ftii)(3.1)2=1当1.(O)是单调函数时，使最大，等价于使In1.(O)达到最大，只要解下列方程：=求出待估参数,lO(3.2)a11m/7网一失效率与时间无关，这正是前述的浴盆曲线底部的失效模式，因此指数分布可以用来描述产品去除早期失效，进入恒定失效率期的一段失效。对于指数分布，其待估参数只有一个，即故障率丸，由前面可

10、知，其极大似然估计函数：1.()=-屹-鸠曲也=e(3.3)对其取对数In1.()=?In-ti(3.4)解似然方程，求出待估的故障率夕=od/1乙2=/(3.5)由于与之配套的工作机械的广泛用途及载荷谱的复杂性，以及由制造和安装产生的误差，如被联二轴径向误差，使螺栓产生附加剪切对称循环应力，被联二轴线角位移误差使螺栓产生附加拉伸脉动循环应力。由故障率的估计值可得到产品的可靠度和平均寿命的估计值分别为衣=，A=l=/(3.6)/的估计值与矩法得到的结果一样。3.3 各主要零件的可靠度计算3.3.1 较制孔用螺栓连接当联轴器采用较制孔用螺栓连接时，螺栓与较制螺栓孔的配合类别为晟、M两个半联轴器依

11、靠螺栓的剪切和挤压来传递扭矩。联轴器传递最大扭矩为T时，每个螺栓所受的横向载荷为F1.o部分零件由于微小因素积累而造成的，如材料的磨损，弹性元件的疲劳，部件的断裂,由于暴露而造成的腐蚀等失效机理，是在一定的应力下，随时间的延长，微小因素逐渐增加而使产品最后失效，这些产品的寿命都服从对数正态分布。其密度函数：f(,)=j=exp-2(3.7)由于螺栓孔壁应力状态较为复杂，而且当被联接件材料强度较低时，失效往往发生在孔壁，较多见到的是孔壁发生挤压塑性变形和损伤，有时还出现螺孔椭圆现象。因此相对说来螺栓不发生压溃的可靠度高一些，此处可以不予考虑。3.3.2 平键联接普通平键联接靠键同键槽侧面受挤压来

12、传递扭矩，其主要失效形式是键、轴与轮毅上键槽三者中最弱的工作面被压溃，个别情况出现键被剪断，由于轴孔联接处采用B,型180”布置平键双键联接，考虑载荷分布不均匀，双键联接的强度只按1.5个键计算。键剪切面积A=lb=5x35mm,挤压面积A=2.5x35mmo由剪切强度条件:Q=Q=60PAlb355=100MP(3.8)得P292N键的长度是平键联接中可变的决定因素，如果将键长由17Omm调整为1.=150mm,其他条件不变。由挤压强度条件:hx=220MPaPhx_60P_60PAS-lhl2-35x2.5得PW321N故取P292No3.3.3 凸缘螺栓孔的设计螺栓杆径d:如从21减少到

13、13mm,约减少38.1,横断面积减少61.7,在相同的条件下其他型号联轴器的连接螺栓杆径do如果半联轴器为钢，可靠度将更高。因此可以适当减少半联轴器的尺寸，如螺栓分布直径和凸缘厚度都可作相应的调整，联轴器总体尺寸变小后，重量和转动惯量将随之减小，这不仅提高运转的平稳性和减小振动，而且也能降低成本。3.4 凸缘联轴器的可靠度从所得可靠度看，已超过涉及人身伤亡或带来巨大经济损失的高重要设备的可靠度0.96,而且计算是按强度最弱原则选取的参数，因此所求1.值是在多种情况下的最低可靠度，是可信的。从这一结论分析，新标准尺寸确实偏大，在材料强度不断提高的今天，这个问题就显得更为突出。此外与先进国家标准

14、相比，设计上也是偏于保守。第4章提高机械零件可靠性设计的对策4.1 提高机械零件标准化机械零件设计人员应结合实际零部件的负荷、尺寸和机构，提供相应的数据，进行标准化分析，提高标准零部件的结构工艺和可靠性，以期为可持续发展设计的最后产品的绿色化提供检验及保障。在为开发具有多种功能的不同产品，不必对每种产品施以单独设计,而是精心设计出多种模块，也避免了前面所述及的系统组成单元数量众多带来的麻烦。机械产品的可靠性和机械零件标准化是一样的，在产品进行可靠性设计的同时，考虑未来机械寄件的通用性，它对机械是否能够稳定的工作起决定性作用。有了统一的机械筌件标准,机械模块就有了统一的接口，机械的标准化、系列化

15、和通用化就更容易得以实现。4.2 灵活增减系统元部件数量零件是机械零件最基本的组成单元，可以根据系统组织关系，灵活增减系统元部件，来提高机械零件可靠性。可以通过尽量减少元件数，能提高系统可靠性。对零件容易损坏关键部件进行可靠性分析计算，进而对整个系统进行分析计算，与模块化设计方法结合起来，避免零件材料拆卸时本身的损坏和损坏产品的其它结构，可以同时满足产品功能属性和环境属性，尽可能优先选择易于分离的搭扣式连接方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收处理。灵活增减系统元部件数量，比如行星齿轮减速器中，在合理的范围内，对数越多，就越有利于提高传动的平稳性与承载能力，可以有效的评价齿轮传动性能的好坏。4.3 提高重点部位零部件的可靠性零件的无故障性与其耐久性统一于零件寿命，是一致的。要把产品系统顶层的功能逻辑抽象成为模块，以最少的产品变型满足最大范围的目标市场需求。减少装配方向并使装配操作在易于观察的部位进行，通过定位关系描述零部件之间的空间位置关系和配合关系，防止某些部位结合处设计标准不统一，因在机械运作过程而造成的故障变形。将机械可靠性设计方法应用于产品的研发设计过程中，对产品在正常工况下的运行能力、使用寿命等进行可靠