船液压联轴节拉伤故障分析范文

《机电设备》2014年第二期

1故障还原分析

1.1约束条件及载荷施加针对上述故障分析结论在有限元软件中进行故障还原分析。建立活塞螺母改进前后和无螺母四种结构液压联轴节的有限元分析模型，边界条件如图4所示，轴与内同左侧端面约束其轴向位移。应用外套位移量和轴向活塞中油液压强同步加载方式模拟液压联轴节的安装和拆卸过程如图5所示，0到1为安装过程，1到0为拆卸过程。对液压联轴节的各零件进行网格划分，如图6~图8所示。图6中红色区域为内套与外套端面接触的应力集中区域（即是故障发生区域），取该区域外套边缘上一节点为检测点，监控不同螺母结构形式下该点在安装和拆卸过程中的应力变化，从而分析故障发生的原因。

1.2分析结果通过计算得到应力和变形结果如图9~图10。图9为不同螺母结构的液压联轴节外套检测点在外套“上爬”和“下退”过程中等效应力随位移量的变化曲线。从图中可以看出外套在“上爬”、“下退”过程中等效应力在存在波动的现象，这是由于外套在“上爬”、“下退”过程中，位于活塞腔处薄壁内套受到螺母与外套的牵拉作用，同时随着外套的轴向移动内套受到外套的箍紧力不断变化，又因为内套与轴存在间隙，所以薄壁套会随外套的移动发生不规则的翘曲，这种翘曲导致了外套小端接触应力随外套轴向位移而发生波动。在“上爬”和“下退”过程中改进螺母1、2的接触压力和等效应力曲线几乎重合；原始螺母和无螺母的接触压力和等效应力曲线几乎重合。

由于外套的翘曲和“下退”过程中内套受压在外套“下退”方向形成微小台阶使得下退受阻，因此下退过程中改进螺母1、2和原始螺母、无螺母结构外套关注点的最大接触压力分别为500MPa、380MPa较上爬过程最大接触压力分布高出228MPa、140MPa。改进螺母1、2和原始螺母、无螺母结构外套关注点的最大等效应力高达750MPa（外套屈服强度为750）、530MPa较上爬过程高出200MPa、110MPa。

从图10中可以看出，四个液压联轴节计算模型在安装到位时外套最大等效应力出现的位置相同，由于螺母结构差异导致最大等效应力数值有所偏差。内套与外套接触边界、螺母受压面与内套连接处附近的等效应力分布及变形状态受螺母结构影响较大。与无螺母模型相比，内套在外套箍紧力、油腔压力、和螺母径向位移约束的综合影响下形成波浪扭曲变形。三个螺母由于端面受压时刚度不同，因而内套的扭曲变形有所差异。从变形状态和应力分布可以看出，在安装终了时刻，原始螺母受力和变形状态最优，改进螺母2结构次之，改进螺母1效果最差，但改进螺母1和改进螺母2的结果相差不在10MPa以内。由此可见螺母刚度对安装终了时刻结构的应力和变形分布影响很大。

2结论

通过上述分析，该起事故的发生是因为螺母轴向刚度的降低导致内套活塞腔部分发生过度扭曲变形致使安装和拆卸过程中接触应力增大而引起。根据上述结论应用原始螺母进行试验，拉伤故障得到了消除。所以将螺母结构恢复到原始状态是必要的。同时对于活塞腔的径向高度、螺母的轴向厚度和内套与轴的间隙要保持在某一水平，来保证内套活塞腔部分不会发生过大的扭曲变形，从而保证液压联轴节产品的安装和拆卸性能。

作者：柴镇江赵振宇单位：海军驻沪东中华造船（集团）有限公司军事代表室上海船舶设备研究所