大型回转传动机构 CAE 分析及结构优化

成果简介

（1）回转支承 回转支承是一切两部分之间需要相对回转又同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩的机械传力基础元件。其基本功能是采用螺栓将其固定在机械设备的上、下支座上进行传力和传动，实现机械设备两部分之间的相对回转。本项目运用弹性接触理论及有限元方法，以SOLIDWORKS软件和ANSYS软件为工具，建立了球式及柱式回转支承产品的整体有限元计算模型，研究了典型的球式及柱式回转支承产品在倾覆力矩和轴向力综合作用下的力学性能。尤其针对回转支承滚道的承载能力进行了较为深入的研究，得到了回转支承滚动体与滚道接触的应力场分布及整体变形规律，为高性能回转支承产品的研发提供了重要的参考依据。

（2）鼓形齿联轴器 鼓形齿联轴器是近20年来发展迅速，并得到广泛应用的一种齿轮联轴器。它是在直齿齿式联轴器的基础上为满足大倾角、变倾角、小尺寸和高可靠性等技术要求发展起来的，广泛应用于冶金、轧钢、重型机械、气轮机、船舶、工业输送、搅拌机等各行业。随着近代工业技术的高度发展，对鼓形齿联轴器的承载能力、可靠性、效率、圆周速度、体积和重量等技术和经济指标提出了愈来愈高的要求。本项目针对某一系列鼓形齿联轴器进行有限元全齿接触分析，克服单齿对模型有限元分析的不足。通过对有限元计算结果的对比分析，找出该系列鼓形齿联轴器的应力及变形的分布规律，探索影响这些分布规律的鼓形齿结构参数，在此基础上，结合理论计算结果，对该类型的鼓形齿联轴器的一些主要参数进行优化，使之达到在大扭矩、大摆角条件下运行可靠、平稳、寿命长的要求，为该系列鼓形齿联轴器日后的标准化和轻量化设计提供技术支持和依据。

成熟程度和所需建设条件 本项目先后成功应用于马鞍山统力回转支承有限公司和泰尔重工股份有限公司，优化后的产品其承载能力均得到了较大的提高，经济和社会效益明显。

技术指标应用 应用该技术对柱式及球式回转支承产品及鼓形齿联轴器产品在典型工况下的承载能力进行了优化，结果表明经优化后的马鞍山统力回转支承有限公司的椭圆滚道回转支承产品较同型号的圆弧滚道回转支承产品承载能力提高了30%以上（/），经优化后的泰尔重工股份有限公司的某系列鼓形齿联轴器产品，承载能力提高了30%-70%。

市场分析和应用前景 本项目组利用配置的2台高性能工作站Thinkstation D20（双四核intel志强5600处理器32G内存），和ANSYS12.1软件建立了典型回转支承产品及鼓形齿联轴器的整体有限元模型，深入研究了回转支承及鼓形齿联轴器的静、动态力学性能，并对产品的关键结构参数进行了优化，在回转支承及鼓形齿联轴器产品的设计以及结构优化方面达到了先进水平。该项目研究成果具有自主知识产权，具有较好的推广价值和应用前景，可为国内同行业使用和借鉴。

社会经济效益分析 项目实施以来，由于大型回转传动机构的结构得到优化，承载能力得以提高，使得产品的自重有效降低。在原材料采购成本降低的同时，产品的品质得到有力保障，增强了产品的市场竞争力，不仅为企业带来可观的经济效益，也很好的响应了国家节能环保的政策，产生了良好的社会效益。

成果简介

（1）回转支承

回转支承是一切两部分之间需要相对回转又同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩的机械传力基础元件。其基本功能是采用螺栓将其固定在机械设备的上、下支座上进行传力和传动，实现机械设备两部分之间的相对回转。

本项目运用弹性接触理论及有限元方法，以 SOLIDWORKS 软件和 ANSYS 软件为工具，建立了球式及柱式回转支承产品的整体有限元计算模型，研究了典型的球式及柱式回转支承产品在倾覆力矩和轴向力综合作用下的力学性能。尤其针对回转支承滚道的承载能力进行了较为深入的研究，得到了回转支承滚动体与滚道接触的应力场分布及整体变形规律，为高性能回转支承产品的研发提供了重要的参考依据。

（2）鼓形齿联轴器

鼓形齿联轴器是近 20 年来发展迅速,并得到广泛应用的一种齿轮联轴器, 它是在直齿齿式联轴器的基础上为满足大倾角、变倾角、小尺寸和高可靠性等技术要求发展起来的，广泛应用于冶金、轧钢、重型机械、气轮机、船舶、工业输送、搅拌机等各行业。随着近代工业技术的高度发展，对鼓形齿联轴器的承载能力、可靠性、效率、圆周速度、体积和重量等技术和经济指标提出了愈来愈高的要求。

本项目针对某一系列鼓形齿联轴器进行有限元全齿接触分析，克服单齿对模型有限元分析的不足。通过对有限元计算结果的对比分析，找出该系列鼓形齿联轴器的应力及变形的分布规律，探索影响这些分布规律的鼓形齿结构参数，在此基础上，结合理论计算结果，对该类型的鼓形齿联轴器的一些主要参数进行优化， 使之达到在大扭矩、大摆角条件下运行可靠、平稳、寿命长的要求，为该系列鼓形齿联轴器日后的标准化和轻量化设计提供技术支持和依据。

成熟程度和所需建设条件

本项目先后成功应用于马鞍山统力回转支承有限公司和泰尔重工股份有限公司，优化后的产品其承载能力均得到了较大的提高，经济和社会效益明显。

技术指标

应用该技术对柱式及球式回转支承产品及鼓形齿联轴器产品在典型工况下的承载能力进行了优化，结果表明经优化后的马鞍山统力回转支承有限公司的椭圆滚道回转支承产品较同型号的圆弧滚道回转支承产品承载能力提高了 30%以上（/），经优化后的泰尔重工股份有限公司的某系列鼓形齿联轴器产品，承载能提高了 30%-70%。

市场分析和应用前景

本项目组利用配置的 2 台高性能工作站 Thinkstation D20（双四核 intel 志强 5600 处理器 32G 内存）, 和 ANSYS12.1 软件建立了典型回转支承产品及鼓形齿联轴器的整体有限元模型，深入研究了回转支承及鼓形齿联轴器的静、动态力学性能，并对产品的关键结构参数进行了优化，在回转支承及鼓形齿联轴器产品的设计以及结构优化方面达到了先进水平。该项目研究成果具有自主知识产权，具有较好的推广价值和应用前景，可为国内同行业使用和借鉴。

社会经济效益分析

项目实施以来，由于大型回转传动机构的结构得到优化，承载能力得以提高， 使得产品的自重有效的降低。在原材料采购成本降低的同时，产品的品质得到有力保障，增强了产品的市场竞争力，不仅为企业带来可观的经济效益，也很好的响应了国家节能环保的政策，产生了良好的社会效益。