波紋管聯軸器的有限元仿真分析
波紋管聯軸器的有限元仿真分析:為了考核波紋管聯軸器在熱-力共同作用下的強度和在發射頻率下的剛度,首先利用在三維建模軟件UG中建立了波紋管聯軸器的有限元模型,然后結合有限元軟件的Nastran求解器,對波紋管聯軸器進行了熱-應力耦合分析和工況模態有限元分析,較后通過對有限元仿真結果進行分析,深受了其力學特性。波紋管聯軸器是用金屬波紋管直接與兩個半聯軸器焊連而成,是一種新型的聯軸器,兩端軸孔用于主、從動軸間連接,由于其主體元件精 密金屬波紋管不但能夠補償徑向、角向和軸向偏差,而且具有順時針與逆時針回轉特性全部相同的特性,使得波紋管聯軸器具有高扭轉剛性、慣性力小以及高靈敏度和零回轉間隙,廣泛用于精 密傳動的聯接中。波紋管傳統上多采用經驗設計方法,或者僅對有限的應用狀況進行了相應的試驗,而采用有限元分析方法,就可以在設計階段對可能出現的各種問題進行安 全評判和設計參數修改,因此有需要根據不同應用場合對其進行相對應的有限元分析,對波紋管聯軸器實際的強度剛度等進行分析和驗證,保護結構設計的合理性與優良性。本文根據以衛星為載體的光譜儀中對定標機構的應用要求和技術指標,結合有限元分析求解器Nas-tran對該機構中的撓性波紋管聯軸器進行了熱-應力耦合的有限元分析和工況模態分析,獲得了波紋管聯軸器的應力、位移以及工況模態分布云圖,驗證了波紋管聯軸器的強度和剛度,為后續定標機構的結構設計與優化提供了確定的參考。
2有限元模型的建立以衛星為載體的光譜儀作為應用衛星的功能子系統,在其整個壽命期間,要經歷發射、入軌時的機械振動、沖擊、噪聲以及高低溫、微重力、空間輻射等環境的作用的影響。結構受到外部激勵時,零部件將產生各種形式的振動,當所受激勵的頻率與其結構的某一固有頻率接近時,就有可能引起結構共振,產生很高的動應力,造成結構的強度破壞或產生不允許的大變形,剛度足夠是結構設計的基本要求,同樣,由于結構局部或整體上受到的載荷較大,或存在局部應力集中,勢必會造成結構應力大于材料的及限應力,有可能造成結構的斷裂破壞,而作為確定光譜成像儀輸出準確數值過程的在軌的光譜定標和輻射定標,是光譜成像技術應用的一個重要環節,作為聯接電機與漫反射板的重要環節的波紋管聯軸器,則是力學分析的重 點,其失效與否關系到定標的成敗。由于聯軸器的波紋管存在大變形,受力狀態較為復雜,而有限元法對復雜大變形計算比較準確,所以本文分別采用順序耦合的熱-應力耦合分析和模態分析的有限元方法對波紋管聯軸器進行強度和剛度校核,確認定標機構在發射時不會產生剛度、強度失效且在軌的較高溫度下能夠正常工作。在考慮了熱-應力耦合作用基礎上對波紋管聯軸器進行了有限元仿真分析,深受了聯軸器上應力分布狀況和較大應力位置,接著進行了工況模態的有限元仿真分析,對仿真結果分析表明,該波紋管聯軸器能夠適應空間力學環境要求。