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《機電設備》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上述故障分析結論在有限元軟件中進行故障還原分析。建立活塞螺母改進前后和無螺母四種結構液壓聯(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)同左側端面約束其軸向位移。應用外套位移量和軸向活塞中油液壓強同步加載方式模擬液壓聯(lián)軸節(jié)的安裝和拆卸過程如圖5所示，0到1為安裝過程，1到0為拆卸過程。對液壓聯(lián)軸節(jié)的各零件進行網(wǎng)格劃分，如圖6~圖8所示。圖6中紅色區(qū)域為內(nèi)套與外套端面接觸的應力集中區(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)點為檢測點，監(jiān)控不同螺母結構形式下該點在安裝和拆卸過程中的應力變化，從而分析故障發(fā)生的原因。

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

由于外套的翹曲和“下退”過程中內(nèi)套受壓在外套“下退”方向形成微小臺階使得下退受阻，因此下退過程中改進螺母1、2和原始螺母、無螺母結構外套關注點的最大接觸壓力分別為500MPa、380MPa較上爬過程最大接觸壓力分布高出228MPa、140MPa。改進螺母1、2和原始螺母、無螺母結構外套關注點的最大等效應力高達750MPa（外套屈服強度為750）、530MPa較上爬過程高出200MPa、110MPa。

從圖10中可以看出，四個液壓聯(lián)軸節(jié)計算模型在安裝到位時外套最大等效應力出現(xiàn)的位置相同，由于螺母結構差異導致最大等效應力數(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力分布及變形狀態(tài)受螺母結構影響較大。與無螺母模型相比，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。三個螺母由于端面受壓時剛度不同，因而內(nèi)套的扭曲變形有所差異。從變形狀態(tài)和應力分布可以看出，在安裝終了時刻，原始螺母受力和變形狀態(tài)最優(yōu)，改進螺母2結構次之，改進螺母1效果最差，但改進螺母1和改進螺母2的結果相差不在10MPa以內(nèi)。由此可見螺母剛度對安裝終了時刻結構的應力和變形分布影響很大。

2結論

通過上述分析，該起事故的發(fā)生是因為螺母軸向剛度的降低導致內(nèi)套活塞腔部分發(fā)生過度扭曲變形致使安裝和拆卸過程中接觸應力增大而引起。根據(jù)上述結論應用原始螺母進行試驗，拉傷故障得到了消除。所以將螺母結構恢復到原始狀態(tài)是必要的。同時對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，來保證內(nèi)套活塞腔部分不會發(fā)生過大的扭曲變形，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）有限公司軍事代表室上海船舶設備研究所