基于Solidworks花键分析与理论计算的实现

一 引言

    由于公司最近要求我们矿山室开发国产395B大型电铲，介于我们并没有完整的395B电铲的资料，设计工作只能一步一步向前摸索，但让人感到欣慰的是公司原老一辈设计工作者在引进加改造的路上成功开发了195B系列的电铲,目前,195B电铲在全国各地的矿区都有应用.如:鞍钢铁矿,准格尔煤矿,攀枝花铁矿等等。

    通过相关资料，我们得知，电铲395B，195B在提升机构中的一轴结构是相似的,区别主要在于传递的功率大小不一致,所以,笔者在本篇文章中将花键受力理论计算结果与solidworks分析结果做一个比较,掌握并证明simulation的实际应用能力各花键有限元分析的正确方法。为后续的花键轴设计打下基础。

二 花键的选型与计算

    由于此计算只为后续设计做理论依据，所以在选择花键尺寸上不做过多的说明。

    根据机械设计手册，选择矩形花键联接，花键代号为：  ,假设计电动机的功率为P=7KW，转速n=200r/min,得出轴传递的转矩 花键传递转矩 时，产生的失效主要是工作面被压溃和工作面过度磨损，因此，通常按工作面上所受的挤压应力进行强度分析。

    花键工作面强度计算工式为： ，其中T=334Nm,Z=6(花键的齿数)，h=3.7(花健齿侧面的工作高度)L=80（花键工作面长度），dm=60.5（花键的平均直径）通过计算，求得在此力作用下,花键产生的最大挤压应力为7.77MPa.

三  在solidworks中花键的受力分析

    首先根据本文第二节中所选的花键尺寸绘制出花键的三维图形如下,

    由于花键工作时受力的为整个工作面,理论计算中是将力加载于平均直径dm上，而在solidworks中，我们根据实际工况，将力均匀的加载于整个工作面上，更符合实际。

    下面在solidworks中建立一个静态算例，添加材料为45号钢，花键轴内孔添加约束为固定约束。选取一工作面做为受力面，加载的力F=2T/Zdm=1840N.其有限元模型如下图所示：

    如图所示，在1840力的作用下，simulation中分析得出的最大压应力为7.87MPa,理论计算的数据为7.77MPa,两者这间相差(7.8-7.7)/7.87x100%=1.3%,所以,在对花键应用有限元分析时,这种方法是切实可行的,为以后花键的分析垫定基础。

四  总结

    Solidwroks中自带的simulation分析模块是一种相当不错的有限元分析软件，但我们作为使用者，要将它与实际情况结合，正确的定义力与约束，才能得到正确的数据，真正提要设计效率。