[发明专利]一种用于解决应力集中、轻量化的胀紧联结套的设计方法

说明书

本发明涉及一种用于解决应力集中、轻量化的胀紧联结套的设计方法。本发明主要是解决现有胀套尺寸设计方法存在的可靠性不足、材料浪费等技术问题。具体方法包括：1)依据胀紧联结套传递转矩要求、材料屈服强度要求和轻量化最小质量要求；确定设计指标为：主轴与轴套最小接触压力p_1min、整机最大等效应力E_max和最小质量m_min；2)根据设计指标确定胀套的设计参数，基于有限元模拟，利用正交试验设计获得样本数据；3)归纳样本数据，将设计指标作为函数因变量，设计参数作为自变量，利用Kriging法得到目标函数，构建满足转矩、等效应力、最小质量的预测模型；4)联立预测模型得到多目标优化函数，通过第二代遗传算法(NSGA‑II)求解，获得最终设计参数。

技术领域

本发明涉及一种用于解决应力集中、轻量化的胀紧联结套的设计方法，它属于机械传动连接技术领域。

背景技术

胀紧联结套(胀套)作为机械传动系统的基础联接件被广泛应用于冶金、新能源、机床、纺织、矿山机械等领域；该结构可以传递多种形式载荷及复合载荷，依靠摩擦传动，过载打滑，保护设备不损毁；拆卸方便，具有较好的互换性。目前，传统的胀套设计方法忽略应力集中问题、缺少对轻量化的设计要求，设计结果存在可靠性不足、材料浪费和制造成本偏高等问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有胀套尺寸设计方法存在的可靠性不足、材料浪费和制造成本高的技术问题，提供一种稳定可靠、提升设计制造效率的用于解决应力集中、轻量化的胀紧联结套的设计方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于解决应力集中、轻量化问题的胀紧联结套的设计方法，其所述胀紧联结套由内环、外环和螺栓组成，套装在轴套和主轴上，其设计方法包括如下步骤：

1)依据胀紧联结套传递转矩要求、材料屈服强度要求和轻量化最小质量要求；确定设计指标为：主轴与轴套最小接触压力p_1min、整机最大等效应力E_max和最小质量m_min；

2)结合胀紧联结套的结构特点，确定的设计参数为：内环圆锥面最小直径d₃、外环直径d₄、最大推进行程e_max；结合设计参数，利用有限元模拟，通过正交试验方法得到设计参数与设计指标对应的样本数据；

3)归纳样本数据，将设计指标作为函数因变量，设计参数作为自变量，利用Kriging法得到目标函数，构建满足转矩、等效应力、最小质量的预测模型；

4)联立预测模型得到多目标优化函数，通过第二代遗传算法(NSGA-II)求解，获得最终设计参数：内环圆锥面最小直径d₃、外环直径d₄、最大推进行程e_max，其中，求解优先级满足：转矩等效应力最小质量；最小推进行程满足e_min＝ke_max，0.6k0.8。

本发明的有益效果是：

本发明基于新型优化设计理论和有限元模拟，同时考虑应力集中和轻量化，解决了现有胀套尺寸设计方法存在的可靠性不足、材料浪费和制造成本高的技术问题，本发明与背景技术相比，具有计算效率高，有效提高了产品可靠性，降低了制造成本等优点。

附图说明

图1是本发明胀紧联结套的结构示意图；

图中：1—主轴，2—轴套，3—外环，4—内环，5—螺栓，d₀—主轴内径，d₁—主轴外径，d₂—轴套外径，d₃—内环圆锥面最小直径，d₄—外环外径，L—内环与主轴接触长度，e—推进行程。

具体实施方式