皮带轮疲劳强度的数值计算分析

  　 摘要 针对一种车用皮带轮, 运用有限元技术进行了该皮带轮的疲劳强度分析。由于皮带 -皮带轮传动系统的复杂性,   在皮带轮的疲劳强度分析中考虑了皮带和皮带轮之间的接触问题。皮带轮和皮带之间的接触采用了常用的点 -面接触模型 , 并应用拉格朗日乘子法来描述整个接触问题。最后通过该型皮带轮 -皮带系统的分析得到了该皮带轮的疲劳强度的具体分布 。整个分析过程可以为皮带轮- 皮带系统的强度优化设计提供良好的分析依据。

　　关键词：皮带轮 -皮带系统、疲劳强度、接触描述

     有限元分析引言皮带轮-皮带传动系统作为一种主要的机械传动形式在机械设备, 如汽车 、摩托车等设备上应用非常的广泛。一方面因为这种传动方式的简单, 另外由于皮带轮制造比较容易和便捷[ 1] 。正是由于皮带轮-皮带传动系统使用的普遍性, 以及对产品质量要求的不断提高, 人们对皮带轮的寿命问题也更加的重视。

　　皮带轮-皮带系统是传递转矩的一种形式。因此在皮带的紧边以及松边的张力作用下, 皮带轮将受到交变的应力作用, 同时皮带轮与皮带的接触面也由于长期的摩擦, 容易影响其使用寿命, 因而皮带轮的疲劳特性一直是其主要的特性, 也是设计中最关注的目标之一。本文在有限元分析的基础上对某型车用皮带轮-皮带系统进行了分析。为了更好的分析皮带轮上的交变应力状态, 皮带轮 -皮带系统采用接触描述。最后计算得到了该型皮带轮的的疲劳强度分布情况。通过分析结果可以为皮带轮进一步的优化设计以及寿命 设计提供可靠的依据。

　　1皮带-皮带轮系统图1 为一皮带-皮带轮传动系统 。皮带轮材料为深冲用冷轧碳素钢薄板08Al , 皮带为普通平带 。皮带对皮带轮的张力紧边为 F 1= 3197N , 松 边 为 F2 =2177N , 皮带在皮带轮上的包角 θ=48 .9°。正常工况下皮带轮的转速为 6000r/min , 皮带-皮带轮系统结构2皮带-皮带轮的接触研究方法对皮带轮进行强度分析可以仅依靠皮带轮在各种 工况下的交变应力状态进行, 但为了更精确的说明皮带轮的受力情况, 因此必须将皮带考虑在分析的系统之中。将皮带-皮带轮作为一个系统来分析 , 皮带与皮带轮之间的关系就必须采用接触来描述。

　　采用有限元分析问题时, 接触问题的描述主要可分为点-点模型和点 -面模型[ 2] 。点 -点模型需要有相互间点对的存在, 因此对接触体间的单元划分要求较高。为了克服节点对接触模型给接触分析带来的约束, 点 -面接点-面接触模型 触模型随之发展了起来。它将接触体分为主动体和被动体。主动体和被动体上的网格可以任意划分。在点-面模型中考虑主动体上网格上的一个节点与被动体网格的一个单元面接触情况。

　　所示为点-面接触模型 。在接触搜索中需要确定主动体上的节点是否与被动体相接触, 如果接触, 则进一步需要确定主动体上的接触节点在被动体的单 元面上的具体位置,