齿啮式快开门法兰的接触分析
齿轮传动啮合接触冲击分析与研究
齿轮传动啮合接触冲击分析与研究作者：刘洋阎宇征来源：《科学与信息化》2019年第22期摘要齿轮在现代工业领域中的应用十分广泛，齿轮传动啮合接触也受到了研究人员的重点关注。
本文首先阐述了齿轮传动啮合接触冲击的研究现状，然后对齿轮传动啮合接触冲击进行分析，最后对齿轮传动啮合接触冲击未来研究趋势进行预测，希望能够为相关行业提供借鉴。
关键词齿轮；传动啮合；接触冲击引言不管是大齿轮还是小齿轮，在传动啮合时必然会发生接触冲击，这种接触冲击不可避免。
可以通过使用润滑剂的方式，减少冲击效应，但是这种方法的效果极为有限，无法彻底解决齿轮损伤问题。
因此对齿轮传动啮合接触冲击进行分析，具有十分重要的意义。
1 齿轮传动啮合接触冲击的研究现状现阶段，随着工业的不断发展，齿轮传动作为工业生产过程中的动力传导方式，受到了研究者的广泛关注。
从研究现状上看，齿轮传动啮合会产生噪声和振动，对噪声和振动进行控制是齿轮传动啮合接触冲击的主要研究目的。
在目前的各项研究中，大多数研究将关注点放在了以下方面：①齿轮侧间隙内可能发生的冲击情况；②齿轮在生产过程中，因误差而导致的啮入啮出现象。
除了上述两项种现象之外，齿轮传动啮合接触同样会引发冲击现象，因此，研究者需要在未来加强这方面的研究[1]。
2 齿轮传动啮合接触冲击分析与研究现阶段，齿轮被广泛应用于各个领域之中，尤其是在工业领域中的应用，取得了良好的效果。
再加上现代科学技术水平的提升，更是促进了齿轮的发展，齿轮间的配合程度和动力水平显著提升。
目前，相关领域在研究齿轮传动啮合接触冲击时，主要是通过LS-DYNA软件的使用，对齿轮间的冲击前后转速和冲击合力关系情况进行计算，在得到准确计算结果后加以明确。
一般情况下，在对主动轮施加冲击压力后，其转速不断下降趋势十分明显，但其产生的冲击合力却与转速截然相反，呈现出不断上升的趋势。
在恢复阶段，主动轮的反向速度会逐渐增加，在冲击前初始速度和冲击合力为归零时，主动轮反向速度会停止增加。
烧结炉端盖齿啮式连接快开结构优化
烧结炉端盖齿啮式连接快开结构优化常佩琛;蔡永梅;谢禹钧【摘要】应用有限元分析软件 ANSYS,对烧结炉端盖齿啮式连接快开结构进行了参数化建模。
以质量为目标函数,以许用应力为约束条件,对该结构的尺寸进行了优化。
结果表明,优化后的尺寸可满足强度设计要求,并可有效地减轻结构质量,为类似的快开结构设计提供了数据依据。
%The finite element analysis software ANSYS was used to propose a parametric model of the quick-opening structure with tooth-locked sintering furnace cover.The structure design was optimized by using weight parameter as the objective function and using allowable stress as constraints.Based on the optimal sizes the intensity design requirements were met and the weight of the structure was reduced effectively.Data reference for the similar quick-opening structure design was given in this paper.【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P44-47)【关键词】齿啮式;快开结构;优化设计;有限元分析;强度评定【作者】常佩琛;蔡永梅;谢禹钧【作者单位】辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TH49齿啮式快开结构是一种可实现压力容器快速开启和关闭的装置[1]。
齿啮式快开门的结构型式特点和设计
齿啮式快开门的结构型式特点和设计杨秉健【摘要】The main structure form and characteristics of the tooth -locked fast open were expounded , and the matters needed attention of the design process.The two fundamental structures , seal form and seal principle of the device , species of sealing ring and materials were introduced in detail.The rational design not only assured the strength and stiffness of the device , but also made the heavy device light and flexible , and reduced the cost of productive material.Calculation was especially important to design.The force analysis and design calculation of the tooth -locked clamp connection system were carried out joined by whole through examples.%阐述了齿啮式快开门的主要结构形式和特点，设计中应注意的事项。
对该装置的两大基本结构、密封形式和密封原理，还有密封圈的种类、材料进行了详细的介绍。
合理的设计除了能保证装置的强度和刚度，更可使笨重的装置变得轻巧、灵活，降低生产材料的成本，当中设计计算尤为关键，本文通过实例对整体相连齿啮式卡箍连接系统进行了受力分析和设计计算。
齿啮式快开盖压力容器的有限元分析及强度评定_涂文锋
图 6 端部法兰和筒体强度评定的应力处理线
3. 2. 2 端部法兰和筒体部分 从应力强度分布云图中选定啮合齿根部的
最大应力点, 分别沿齿厚、齿宽方向画出两条 应力处理线 D 和 E( 图 6) 。另外, 根据分析设计 标准中应力强度校核的原则( 同上) , 针对本结 构, 选取如图 6 中的三条线 A、B、C( 应力强度 值见表 2) 。从评定结果来看, 也都满足要求, 但 从 SⅡ 、SⅣ 的数值可以推断出啮合齿与法兰的 结合部位以及筒体的下部是高强度区, 因而在 设计、制造过程中应保证其尺寸。
- 256. 0
- 299. 3
223. 5
- 81. 22
- 137. 8
- 228. 5
147. 2
表 2
应力处理线
A B C D E
R1 131. 3 104. 7 22. 5 44. 35 1. 465
筒体各应力处理线的评定结果
一次局部薄膜应力/ MPa
R2
R3
42. 55
- 2. 064
出版社, 1995.
6 J B4732- 95 《钢制压力容器 ——分析设计标准》标准释
义. 1995 版.
( 收稿日期: 2005-01-15)
- 0. 1
139. 7
90. 5
6. 705
- 17. 31
107. 8
- 11. 85
- 18. 27
- 61. 29
49. 44
150. 5
12. 50
- 14. 32
164. 8
46. 18
- 4. 524
- 54. 58
100. 8
对结构进行强度评定( 应力强度值见表 1) 。从 各应力处理线 S Ⅱ和 S Ⅳ的值来看, 均能满足要 求, 但明显可知法兰的径向与齿厚方向存在较 大的应力差。
齿啮式快开压力容器研究论文
摘要齿啮式快开压力容器具有启闭快、承压能力强、适用压力范围广等优点，被广泛地应用在化工、石油、食品、医疗等工业领域中。
其工作原理是在齿啮式快开装置的圆周方向加工出均布的齿，通过齿间的啮合和错开，达到快速启闭的目的，轴向力由釜体法兰来承担，由齿与齿之间的接触面来传递，是一个典型的接触问题，应力和变形的精确计算相当复杂。
同时，由于容器多为半间歇操作，频繁的开、停工及压力波动使得容器中应力随时间呈周期性变化，这对容器抗疲劳性能提出了较高的要求。
在工作压力下，齿啮式快开压力容器的齿与齿之间的接触面不仅相互挤压而且相对滑动，接触状态随着加载过程而变化，接触面上的应力难以事先确定。
因此，针对国内缺少对整体卡箍齿啮式快开结构研究的问题，以ANSYS软件为主要工作平台，建立整体卡箍齿啮式快开结构的三维模型，根据实际工况对其约束与载荷作了有效处理，针对不同内压作用下的齿啮式快开结构进行有限元分析，得到应力分布规律，确定危险截面，针对危险路径进行线性化处理，依据JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》进行强度评定。
针对不同啮合度下的齿啮式快开结构进行了有限元分析，分三种情况，分别是周向、径向、周向与径向组合，得出了允许的啮合错动量。
通过疲劳强度分析，对疲劳寿命进行预测。
现场操作中通常对釜体齿根处的裂纹损伤进行打磨修复，使釜体齿根处呈现不同的圆角尺寸和凹陷尺寸，针对这些结构进行有限元分析，得出应力分布规律，确定允许的打磨量，这对提高齿啮式快开压力容器设计及制造的可靠性、经济性提供了重要的参考依据。
关键词：齿啮式快开结构；有限元；接触分析；疲劳分析；应力线性化处理AbstractTooth-locked quick opening pressure vessel with opening and closing fast, strong bearing capacity, wide applicability, etc. is widely used in petroleum, chemical, food, medical and other industrial fields. The working principle is the circumferential direction is processed in the teeth of the tooth-locked quick closure device. Through the teeth meshing and staggered, the rapid opening and closing is obtained. the axial force is borne by the kettle body flange, by the contact surface between the teeth and teeth to transfer, which is a typical contact problem, the stress and deformation of the accurate calculation is very complicated. At the same time,beacause the semi-batch operation,frequently opening, shuting down the stress and pressure fluctuation change periodically with time in the vessel ,it puts forward higher requirements for fatigue performance.Therefore,aiming at the lack of overall clamp tooth locked quick open structure of the problem,by using ANSYS software as the main working platform, the establishment of the overall card hoop of tooth locked quick open structure of 3D model,according to the actual working condition of the constraint and load for the effective treatment,according to the different pressure under the action of tooth locked quick open structure finite element analysis, stress distribution rules and to determine the dangerous cross-section,the dangerous path of linearization,based on the JB4732-1995 Steel Analysis and DesignStandard of Pressure Vessel,to evaluate the strength.According to the degree of different mesh of tooth locked quick opening structure finite element analysis, divided into three, respectively is week and radial directions, week to radial combination, it is concluded that the allowed engagement wrong momentum. Through fatigue strength analysis, the fatigue life is predicted. Field operation is usually on the kettle body root crack damage of grinding repair and the kettle body root present different fillet size and depression size and finite element analysis for the structure, gets the stress distribution law and to determine allowable grinding amount, which to improve the tooth locked quick opening pressure vessel design and manufacture of the reliability, economy provides an important reference.Key words：Tooth-locked quickopening structure；Finite element；Frictional contact analysis；Fatigue analysis；Stress linearization treatment目录第1章绪论 (1)1.1 研究的工程背景、目的和意义 (1)1.2 快开结构的主要形式及工作原理 (3)1.3 快开结构有限元分析的国内外研究进展 (5)1.4 本文研究内容 (8)第2章不同内压下快开结构的有限元分析 (10)2.1 设计数据及材料性能参数 (10)2.2 快开结构的有限元模拟 (11)2.3 理想啮合状况下的有限元结果分析 (16)2.4 接触面的应力云图 (24)2.5 应力线性化分析与强度评定 (26)2.6 本章小结 (31)第3章不同啮合度下快开结构的有限元分析 (32)3.1 啮合度的定义 (32)3.2 周向错动的有限元分析 (33)3.3 径向错动的有限元分析 (40)3.4 组合错动下的有限元分析 (47)3.5 本章小结 (51)第4章齿啮式快开结构的疲劳分析 (52)4.1 疲劳失效机理 (52)4.2 基于ANSYS的疲劳分析 (55)4.3 理想啮合工况下的疲劳分析 (57)4.4 最危险工况下的疲劳分析 (62)4.5 强度分析与疲劳分析的比较 (64)4.6 本章小结 (65)第5章修复后的啮合齿块的有限元分析 (66)5.1 釜体齿根裂纹产生机理 (66)5.2 带有裂纹的啮合齿块检测及修复 (67)5.3 带有裂纹和修复后的啮合齿块的有限元分析 (69)5.4 本章小结 (79)结论与展望 (80)参考文献 (82)致谢 (85)附录 1.6MPa下快开结构的有限元分析命令流 (86)第1章绪论1.1 研究的工程背景、目的和意义快开式压力容器广泛地应用于石油、化工、建材、食品、纺织、橡胶、航天、医疗、造纸等工业领域需要快速开启和关闭的承压装置中。
点接触齿面啮合分析的基本公式及其应用研究
文章编号:100122354(2000)022*******点接触齿面啮合分析的基本公式及其应用研究Ξ吴训成,毛世民,吴序堂(西安交通大学,陕西西安 710049)摘要:建立了一个包含四个安装参数和一个转角参数在内的点接触齿面副啮合分析的数学模型,并导出了一组基本公式。
这些公式适用于齿面啮合的任何接触点。
利用这些公式一方面能够计算分析已知点接触齿面副的啮合性能,而且比用TCA 要方便快速得多,另一方面也能够根据对啮合性能的要求设计点接触齿面副。
关键词:齿面接触;啮合分析;齿面设计 中图分类号:TH132.41 文献标识码:A1 引言 实践证明,恰当设计的点接触齿面副的使用效果要比完全共轭的线接触齿面副好得多。
到目前为止,点接触齿面副的设计都是在齿面上指定一个设计基准点,并按此基准点的齿面参数来调整机床,然后用试切滚检或者利用TCA 软件来分析齿面副的啮合性能是否满足要求。
虽然TCA 比试切滚检要先进,但它是一种数值计算分析方法,需要进行大量的数值计算才能得到分析结果,而且有些需要知道的啮合性能参数仅用TCA 也难于得到。
因此,有必要建立和完善点接触齿面啮合分析的理论计算公式。
本文建立了一个包含四个安装参数和一个转角参数在内的点接触齿面副啮合分析的数学模型(简称五参数模型),并导出了一组基本公式。
2 基本公式2.1 齿面上接触点位置变动的计算公式 在图1中,a 1和a 2分别是小齿轮1齿面∑(1)和大齿轮2齿面∑(2)旋转轴线上的单位矢量,a 3是两轴线间最短距离线上的单位矢量,并且a 3=1sin A 4a 1・a 2,A 4是两轴线a 1和a 2间的夹角(轴交角)。
c 1和c 2分别是a 1轴和a 2轴与a 3轴的交点。
o 1和o 2分别是与齿轮1和齿轮2固联的坐标系的原点。
r 1和r 2分别是从c 1点和c 2点到接触点M 的位置矢量。
r (1)和r (2)分别是M 点在与齿轮1和齿轮2固联的坐标系中的径矢。
面齿轮啮合过程中齿面接触域的分析与研究
算 了面齿轮 啮合接 触域 的 大小 、 方向和 接 触力 ，并对接 触域 进行 仿 真 ，发现 齿 面接 触 痕迹 明显偏 于轮 齿 内
侧 ，并 通过 啮合 实验得 以验 证 ，这 一 结论 为 面齿轮 传 动 的合理 设计 和使 用提 供 理论依 据 。 关 键词 ：齿 面 曲率 ；齿 面诱 导法 曲率 ；齿 面接 触 域
关 注” 。 Ｊ
Ｕ 引 吾
面 齿 轮传 动是 一种 圆 柱齿 轮 与圆锥 齿 轮相 啮合
的新 型齿 轮传 动方 式 ，实 际上是 圆柱 齿 轮与 圆锥齿
目前 ，国 内外 就 面齿轮 啮合 原理 ，齿面 接触 强 度 ，轮齿 弯 曲强度 ，切齿 以及磨齿 加工 等方 面相 继 开展 了实 验研究［ ８ ４］ － 。然而 ，关 于面齿 轮啮合过程 中 接 触 痕 迹在 齿 面上 的分 布实 验 ， 国内还 鲜有 报 道 。 因此本 文拟 对齿 面 曲率及 齿 面诱导 法 曲率对 面齿 轮
ｏ ａ ｅｇ ａ ． ｆｆ ｃ ｅ ｒ Ｋｅ ｙｗｏｒ ｓ ：ｔ ｏ ｕ ａ ｅｃ ｒ ａｕ ｅ； ｉ ｄ ｃ ｄｎ ｒ ａ ｕ ｖ ｔ ｒ ｔ ｏ ｏ ｔｃ ｅ ｄ ｏ ｔ ｓ ｒ ｃ ｕ ｈ ｆ ｖ ｔｒ ｎ ｕ ｅ ｏ ｍ ｌ ｒ ａｕ ｅ； ｏ ｔ ｃ ｎ ａ ｔａ ａ ｃ ｈ ｒ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔｅｐ ｎ ｉ ｅｏ ｅ ｒｍ ｅ ｈ ｎ ， ｎ ｌｚ ｄ ｔｅｆ ｒ ａｉ ｎｏ ｅｆ ｃ — ｅ ｔ ｕ ａ ｅ Ｃａｃ ｃ ｒ ｉ ｇｔ ｒ ｃｐｌ ｆｇ ａ ｓ ｉ ｇ ａ ａｙ ｅ ｏ ｍ ｔｏ ｆｔ ａ ｅｇ ａ ｔ ｈ ｓ ｒ ｃ ． ｌｕ・ ｈ ｉ ｈ ｈ ｒ ｏｏ ｆ ｌ ｔｄ ｔ ｅｔ ｏ ｈ ｓ ｒａ ｅｃ ｒ ａ ｕ ｅａ ｄ ｔ ｅｉ ｄ ｃ ｄ ｎ ｒ ｌｃ ｒ ａｕ ｅａ ｄ ｅ ｐ ｕ ｄ ｄｔ ｅ ｉ ｌｕ ｎ ｉ ｇｆ ｃ ｏ ｓ Ｄ ｅ ｖ ｄ ｔ ｅ ａ ｅ ｏ ｔ ｕ ｃ ｕ ｖ ｔ ｒ ｎ ｎ ｕ ｅ ｏ ｍａ ｕ ｖ ｔ ｒ ｎ ｘ ｏ ｎ ｅ ｈ ｆ ｈ ｈ ｎｆ ｅ ｃ ｎ ａ ｔ ｒ． ｒ ｅ ｈ ｉ
齿啮式卡箍快开结构热力耦合应力分析
摘 要 ：通过 压力 容器分析设计 的方法 ，对压力烧结 炉的重要结构 一齿啮式卡箍快 开结构 ，在热载荷 与机
械载荷 同时作用下进行 了应 力分析与评定 。为压力烧 结炉容器 中的重要结构一齿 啮式卡箍快开结构及其 容器的
分析设计 提供 了可供参考 的 Ｅ程方法 。
关 键 词 ：卡箍 快开结构 ；应力分 析 ；有限元 ；强度 ；评定
Ｅ－ｍａ］Ｉ： ｄｅｎｇｃｈａ０＠一 ｈｑｃｅｃ．ＣＯＭ。
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表 １ 齿啮式卡箍快开结构 容器设计参数表
Ｔａｂｌｅ １ Ｖｅｓｓｅｌ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｏｏｔｈ—ｌｏｃｋｅｄ ｑｕｉｃｋ ｏｐｅｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
惑
齿 啮 式 卡箍 快 开 结 构 是 整 个 压 力 烧 结 炉 容 器 的核 心 部位 ，卡箍 结 构通 过齿 的啮合 连 接简 体法 兰 与 炉 门平 盖 ，在 整个 结构 中起 密 封 、承 载作 用 ，在 加 载环 境 下 ，卡 箍结 构齿 面 分别 与筒 体法 兰齿 面与 炉 门平 盖齿 面存 在相 互挤 压 与相 互滑 动 ，形 成接 触
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生相对滑动 。
2. 3 载荷及位移边界条件
球冠形封头 、上法兰内表面及下端面 、筒体受均
布内压作用 。根据广义轴对称问题的特点 ,齿间隙
中截面为对称约束 ,球冠形封头顶端为对称约束 ,为 防止容器整体的轴向刚体位移 ,筒体下端面约束轴
向位移 ,加有载荷及位移边界条件的几何模型如图
3所示 。
图 4所示 (图中虚线为结构未变形前的轮廓 ,实线 为结构承受载荷后的 )状况 。从图中可以看出 : 齿 跟周围的区域处于高应力区 ,也是较为危险的地方 。
·26·
式快开容器 (工作压力一般在 0. 8～6. 4 M Pa之间 , 工作温度在 200 ℃左右 ) ,迄今为止还没有该类装 置的设计规范供选用 [ 2 ] 。
在工作压力下 ,齿啮式快开压力容器的齿与齿 之间的接触面不仅相互挤压而且相对滑动 ,接触状 态随着加载过程而变化 ,接触面上的应力难以事先 确定 。ANSYS软件提供了强大的接触处理功能 ,支 持多种接触方式 :面 - 面接触 、点 - 面接触和点 - 点 接触 [ 3 ] 。
3 计算结果及强度评定 蒸压釜齿啮式快开装置的 力处理线
第 27卷第 3期 压 力 容 器 总第 208期
各应力强度的限制条件如下 :
Pm + Pb +Q + F≤2Sa = 276 M Pa
对于接触模型 ,还需要给出接触对的其他两个 特征 :接触刚度值和穿透容差值 。接触刚度是影响 精度和收敛行为的最重要的参数 ,接触刚度值越大 , 精度越高 ,但是收敛变得困难 。对于面 —面接触单 元 ,用系数 FKN 给出接触刚度 。穿透容差也影响收 敛和精度 ,尽管影响程度没有接触刚度大 ,当穿透容 差严格时 ,精度可以得到改善 ,但收敛变得更加困
ZHANG Yan1 , D U S i - hong2 , Y UAN Zhen - we i1 , W ANG San - bao1 (1. Institute of Chem ical Equipment Design, Zhengzhou University, Zhengzhou 450002, China; 2. China Nuclear Power Engineering Co. , L td. , Zhengzhou B ranch, Zhengzhou 450052, China)
文中通过接触单元来数值模拟齿的接触过程 , 建立齿啮式快开容器的整体有限元分析模型 ,对某 蒸压釜中带凸形封头的齿啮式快开法兰进行了有限 元接触分析 ,并对其进行了强度评定和疲劳分析 。 工程实践表明 ,通过接触来分析快开门法兰的受力
第 27卷第 3期 压 力 容 器 总第 208期
的长度大于 2. 5 R t。
图 1 带球冠形封头的齿啮式快开装置
2. 1 设计参数 蒸压釜釜体和球冠形封头的材料为 20R 钢板 ;
上 、下法兰的材料为 16M n Ⅱ锻件 。设计压力 1. 2 M Pa,内直径 2000 mm;设计疲劳寿命为 105次 ;设计 温度 150 ℃;介质为水蒸气 。
该蒸压釜总体设计属常规设计 , 按 GB 150— 1998《钢制压力容器 》进行 。上 、下法兰的强度计算 采用有限元法 ,评定方法按 JB 4732—1995《钢制压 力容器 ———分析设计标准 》。因此 ,许用应力仍按 GB 150中的相关标准选取 。
按 GB 150—1998《钢制压力容器 》的规定 ,常温 下 20R 钢板和 16M n 锻件的许用应力分别取 133 M Pa和 150 M Pa;设计温度下两种材料的许用应力 分别取 132 M Pa 和 147 M Pa。按照 JB 4732—1995 《钢制压力容器 ———分析设计标准 》中的疲劳设计 曲线 ,当疲劳设计寿命为 105次时 ,材料的许用应力 幅为 138 M Pa。 2. 2 接触模型
Abstract:B y contact element, the contact p rocess between teeth was num erically simulated to draw their stress characteristics and stress distribution. W ith regard to the dangerous sections , the strength assess2 m ent and the fatigue analysis were carried out. Key words: quick - flange; finite elem ent analysis; contact
定 ,各应力评定线的应力强度评定结果见表 1。 通过接触单元来数值模拟蒸压釜快开门法兰的
力强度 Pm + Pb Pm + Pb ≤1. 5Sm t = 220. 5 M Pa (4)一次加二次应力强度 Pm +Q Pm +Q ≤3Sm t = 441 M Pa
接触过程 ,对其危险截面进行了强度评定和疲劳分 析 。在给定工况及结构尺寸条件下 ,其强度满足相 应要求 。分析过程和计算结果可为试验和生产提供 参考和依据 。
(1)一次总体薄膜应力强度 Pm
式中 Smt ———材料的设计应力强度 ,M Pa
Pm ≤1. 0 Sm t = 147 M Pa
Sa ———许用应力幅 ,M Pa
(2) 一次局部薄膜应力强度 Pl
按照图 5 选取的应力评定线进行应力强度评
Pl ≤1. 5Sm t = 220. 5 M Pa (3)一次薄膜应力 (总体或局部 )加一次弯曲应
( 5)峰值应力强度 Pm + Pb +Q + F
更符合实际状况 。
2 有限元分析模型
蒸压釜快开装置的结构一般由凸形顶盖 (球冠 形封头 ) 、釜盖法兰 、O 型密封圈 、釜体 、釜体法兰 、开 盖起吊装置和安全联锁装置等组成 。釜盖法兰和釜 体法兰在圆周方向上有 40 个均匀分布且可相互配 合的啮合齿 。釜盖法兰和釜体法兰的啮合结构如图 1所示 。
的影响 。由于法兰沿圆周方向分布的 40 个齿是均 匀间断分布的 ,并且齿数为偶数 ,因而该模型可以处 理为广义轴对称问题 。取快开门法兰的一个齿作为 研究对象 ,其模型如图 2 所示 。与下法兰相连接的
筒体 ,根据圣维南原理 ,只须考虑长度 L = 2. 5 R t ( R 为与法兰相连的筒体的平均半径 , t为该筒体的 壁厚 )的一段 ,就可以消除筒体边缘处轴向应力分 布对法兰处应力分布的影响 ,文中在计算时取圆筒
设 计 计 算
齿啮式快开门法兰的接触分析
张 妍 1 ,杜四宏 2 ,袁振伟 1 ,王三保 1 (1. 郑州大学 化工设备设计研究所 ,河南 郑州 450002; 2. 中国核电工程有限公司 郑州分公司 ,河 南 郑州 450052)
摘 要 :通过接触单元来数值模拟压力容器快开门法兰的接触过程 ,得到了其受力特性和应力分布 规律 ,并对其危险截面进行了强度评定和疲劳分析 。 关键词 : 快开门法兰 ;有限元分析 ;接触
·27·
CPVT 齿啮式快开门法兰的接触分析 Vol271No3 2010
难 ,和接触刚度一样 ,以系数 FTOLN 给出穿透容差 。 系数 FKN 和 FTOLN 需要经过初始估计和不断尝试 才能获得最佳值 。
接触是状态改变非线性 ,也就是说 ,系统的刚度 依赖于接触状态 ,随着接触状态的改变 ,接触表面的 法向和切向刚度都有显著的变化 ,刚度大的突变通 常会导致严重的收敛困难 。文中采用将罚函数法和
因为这样 ,接触力的光滑传递就会被破坏 ,并且迭代
也不容易被收敛 。
同时 ,假设上 、下法兰的两个接触面满足库仑定
律 。文中在分析过程中对库仑模型进行了修正 ,定
义了最大摩擦应力
TAUMAX,其值约等于
δ S
/
3,其
中
δ S
为材料的屈服强度
[
2
]
,无论法向接触应力有多
大 ,只要摩擦应力超过最大摩擦应力 ,接触面间就产
中图分类号 : TQ055. 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 4837 (2010) 03 - 0026 - 04 doi: 10. 3969 / j. issn. 1001 - 4837. 2010. 03. 005
Con tact Ana lysis of Tooth - locked Qu ick - flange
1 前言
齿啮式快开压力容器广泛用于化工 、医药 、食 品 、纺织 、航天 、造纸等工业领域 ,如化工行业中用到 的硫化罐和蒸压釜 ,医药行业中用到的杀菌锅 ,纺织 工业中用到的蒸汽定型锅等 。齿啮式快开装置的工 作原理为沿快开装置的圆周方向加工出均布的齿 , 通过将顶盖法兰旋转某一角度 ,实现顶盖法兰齿与 筒体法兰齿之间的啮合和错开 ,从而达到快速开启 和闭合的目的 。对于带平封头的齿啮式快开装置 (主要用于高压 、超高压 ) ,日本制定了 J IS B 8284— 1993《压力容器快速开关盖装置 》,我国也颁布了相 一致的化工行业标准 [ 1 ] 。对于带凸形封头的齿啮
该蒸压釜的工作周期主要由加压 、保压和卸压 3个阶段组成 。保压阶段蒸压釜承受压力基本稳 定 ,加压与卸压阶段速度不快 ,不需要考虑加载速率
图 2 快开门法兰模型
在分析过程中认为 ,初始状态下两齿面为密切 的协调接触 ,接触面间没有间隙或嵌入 ,也没有相互 作用力 。在加载时 ,上 、下法兰两齿的接触面有嵌入 和相对滑动 ,这属于面与面间的接触问题 。因而 ,选 用 ANSYS软件提供的面 - 面接触单元 TARGE170 和 CONTA174来描述该接触现象 。这些接触单元 采用接触对的概念 ,接触对由目标面和接触面组成 , 用独立的单元类型定义目标面和接触面 ,接触对通 过共用的实常数组来识别 。程序通过一组离散的接 触点 (单元高斯点 )来定义接触面 ,将目标面定义为 连续的面 ,两个面可以在高斯点之间相互穿透而不 识别接触 ,通过仔细地指定目标面和接触面 ,可以减 少不能识别的穿透 。对于柔性体 - 柔性体的接触 , 通过使接触点数达到最大可以获得最好的精度 ,依 据上述原则 ,文中将上法兰齿面定义为目标面 ,下法 兰齿面定义为接触面 。