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《機(jī)電設(shè)備》2014年第二期

1故障還原分析

1.1約束條件及載荷施加針對(duì)上述故障分析結(jié)論在有限元軟件中進(jìn)行故障還原分析。建立活塞螺母改進(jìn)前后和無(wú)螺母四種結(jié)構(gòu)液壓聯(lián)軸節(jié)的有限元分析模型，邊界條件如圖4所示，軸與內(nèi)同左側(cè)端面約束其軸向位移。應(yīng)用外套位移量和軸向活塞中油液壓強(qiáng)同步加載方式模擬液壓聯(lián)軸節(jié)的安裝和拆卸過(guò)程如圖5所示，0到1為安裝過(guò)程，1到0為拆卸過(guò)程。對(duì)液壓聯(lián)軸節(jié)的各零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖6~圖8所示。圖6中紅色區(qū)域?yàn)閮?nèi)套與外套端面接觸的應(yīng)力集中區(qū)域（即是故障發(fā)生區(qū)域），取該區(qū)域外套邊緣上一節(jié)點(diǎn)為檢測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控不同螺母結(jié)構(gòu)形式下該點(diǎn)在安裝和拆卸過(guò)程中的應(yīng)力變化，從而分析故障發(fā)生的原因。

1.2分析結(jié)果通過(guò)計(jì)算得到應(yīng)力和變形結(jié)果如圖9~圖10。圖9為不同螺母結(jié)構(gòu)的液壓聯(lián)軸節(jié)外套檢測(cè)點(diǎn)在外套“上爬”和“下退”過(guò)程中等效應(yīng)力隨位移量的變化曲線。從圖中可以看出外套在“上爬”、“下退”過(guò)程中等效應(yīng)力在存在波動(dòng)的現(xiàn)象，這是由于外套在“上爬”、“下退”過(guò)程中，位于活塞腔處薄壁內(nèi)套受到螺母與外套的牽拉作用，同時(shí)隨著外套的軸向移動(dòng)內(nèi)套受到外套的箍緊力不斷變化，又因?yàn)閮?nèi)套與軸存在間隙，所以薄壁套會(huì)隨外套的移動(dòng)發(fā)生不規(guī)則的翹曲，這種翹曲導(dǎo)致了外套小端接觸應(yīng)力隨外套軸向位移而發(fā)生波動(dòng)。在“上爬”和“下退”過(guò)程中改進(jìn)螺母1、2的接觸壓力和等效應(yīng)力曲線幾乎重合；原始螺母和無(wú)螺母的接觸壓力和等效應(yīng)力曲線幾乎重合。

由于外套的翹曲和“下退”過(guò)程中內(nèi)套受壓在外套“下退”方向形成微小臺(tái)階使得下退受阻，因此下退過(guò)程中改進(jìn)螺母1、2和原始螺母、無(wú)螺母結(jié)構(gòu)外套關(guān)注點(diǎn)的最大接觸壓力分別為500MPa、380MPa較上爬過(guò)程最大接觸壓力分布高出228MPa、140MPa。改進(jìn)螺母1、2和原始螺母、無(wú)螺母結(jié)構(gòu)外套關(guān)注點(diǎn)的最大等效應(yīng)力高達(dá)750MPa（外套屈服強(qiáng)度為750）、530MPa較上爬過(guò)程高出200MPa、110MPa。

從圖10中可以看出，四個(gè)液壓聯(lián)軸節(jié)計(jì)算模型在安裝到位時(shí)外套最大等效應(yīng)力出現(xiàn)的位置相同，由于螺母結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致最大等效應(yīng)力數(shù)值有所偏差。內(nèi)套與外套接觸邊界、螺母受壓面與內(nèi)套連接處附近的等效應(yīng)力分布及變形狀態(tài)受螺母結(jié)構(gòu)影響較大。與無(wú)螺母模型相比，內(nèi)套在外套箍緊力、油腔壓力、和螺母徑向位移約束的綜合影響下形成波浪扭曲變形。三個(gè)螺母由于端面受壓時(shí)剛度不同，因而內(nèi)套的扭曲變形有所差異。從變形狀態(tài)和應(yīng)力分布可以看出，在安裝終了時(shí)刻，原始螺母受力和變形狀態(tài)最優(yōu)，改進(jìn)螺母2結(jié)構(gòu)次之，改進(jìn)螺母1效果最差，但改進(jìn)螺母1和改進(jìn)螺母2的結(jié)果相差不在10MPa以內(nèi)。由此可見螺母剛度對(duì)安裝終了時(shí)刻結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形分布影響很大。

2結(jié)論

通過(guò)上述分析，該起事故的發(fā)生是因?yàn)槁菽篙S向剛度的降低導(dǎo)致內(nèi)套活塞腔部分發(fā)生過(guò)度扭曲變形致使安裝和拆卸過(guò)程中接觸應(yīng)力增大而引起。根據(jù)上述結(jié)論應(yīng)用原始螺母進(jìn)行試驗(yàn)，拉傷故障得到了消除。所以將螺母結(jié)構(gòu)恢復(fù)到原始狀態(tài)是必要的。同時(shí)對(duì)于活塞腔的徑向高度、螺母的軸向厚度和內(nèi)套與軸的間隙要保持在某一水平，來(lái)保證內(nèi)套活塞腔部分不會(huì)發(fā)生過(guò)大的扭曲變形，從而保證液壓聯(lián)軸節(jié)產(chǎn)品的安裝和拆卸性能。

作者：柴鎮(zhèn)江趙振宇單位：海軍駐滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司軍事代表室上海船舶設(shè)備研究所