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基于人机工程学的联轴器防护设计
摘 要
随着社会的发展，联轴器的应用也越来越广泛，联轴器用来联接不各种联轴器的图例同机构中的两根轴（积极轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器尚有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与积极轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为：固定式联轴器。重要用于两轴规定严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简朴，容易制造，且两轴瞬时转速相同，重要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。可移式联轴器。重要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式联轴器运用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移）、链条联轴器（允许有径向位移）等，弹性可移式联轴器（简称弹性联轴器）运用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能，如蛇形弹簧联轴器、径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。联轴器有些已经标准化。选择时先应根据工作规定选定合适的类型，然后按照轴的直径计算扭矩和转速，再从有关手册中查出合用的型号，最后对某些关键零件作必要的验算。本文通过研究联轴器的相关的特性及应用展开论述。

关键词：基于人机工程学；联轴器；防护；设计与仿真；

Abstract
With the development of society, more and more widespread application of coupling, coupling used to connect the various couplings of the legend is not in the same institution two axis (shaft and driven shaft) so as to jointly rotate transmission torque of mechanical parts. Overloaded power transmission in high-speed, some have a buffer coupling, vibration and enhance the role of dynamic performance shaft. Coupling of two half parts, each with the driving shaft and driven shaft connection. Most of the general power machine with the help of coupling link with the work machine. A wide range of coupling, is connected in accordance with the relative positions of the two axes and position changes can be divided into: fixed coupling. Mainly used for two-axle demanding work on and in the relative displacement does not occur in places where the general structure of relatively simple, easy to manufacture, and the same two-axis instantaneous speed, mainly flange coupling, sleeve coupling, clip shell couplings. Portable couplings. Mainly for two axis deviation or a relative displacement in the work place, according to the method of compensation can be divided into rigid displacement removable removable couplings and flexible couplings. Rigid removable coupling using the coupling between the composition of the work of moving parts connected with a certain direction or a few degrees to compensate for the direction of the activities, such as Jaw coupling (allowing axial displacement), cross coupling groove device (used to join a small parallel displacement or angular displacement of the two axes), universal coupling (for a larger two-axis skew angle, or at work where there is a greater angular displacement), gear coupling (allow integrated displacement), Chain Couplings (allowed for the radial displacement), etc., flexible removable coupling (the flexible coupling) using the elastic deformation of elastic elements to compensate for the two-axis deflection and displacement, while elastic element also has a buffer and damping properties, such as the snake-like spring coupling, radial multi-leaf spring coupling, flexible coupling with bolt ring, bolt coupling with nylon, rubber sleeve couplings . Coupling some have been standardized. First choice should be selected according to the appropriate type of work requirements, and then calculated according to the diameter of shaft torque and speed, and then find out from the manual application of the model, and finally on some key parts to make the necessary checking. This paper studies the coupling of the related features and applications to start on.

Key words: based on ergonomics; coupling; protection; design and simulation;

目录
摘 要 1
Abstract 2
目录 4
第一章 绪 论 5
1.1联轴器简介 5
1.2研究目的和意义 5
第二章 人机工程学相关理论概述 7
2.1 人机工程学概述 7
2.2人机工程设计 7
2.3人机工程学研究发展概况和现状 8
第三章 人机工程学联轴器的防护设计 11
3.1联轴器防护基本思想 11
3.2联轴器防护数值分析理论 12
3.3联轴器防护软件的简介 13
3.4联轴器防护的结构分析 15
3.5联轴器的联轴器防护分析 16
3.5.1联轴器防护模型的建立 16
3.5.2加载与计算 17
3.5.3后解决 18
3.5.4十字轴联轴器防护分析 19
第四章 联轴器的防护仿真分析 21
4.1防护分析理论 21
4.2联轴器轴扭转振动的动力学方程 22
4.3联轴器固有频率与主振型 24
4.5回转体临界转速 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29

第一章 绪 论
1.1联轴器简介
联轴器,能把两轴或轴和回转件联接在一起，以传递运动和动力，它是一种广泛应用的机械传动基础部件，有时也作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。由于制造及安装的误差、承载后的变形以及温度变化的影响，联轴器所联接的两轴存在着相对位移，这会使机器运转时，在轴、联轴器、轴承等部位引起附加载荷，导致工作情况恶化。因此，联轴器在结构上一般都采用了各种不同的措施，使联轴器具有补偿各种偏移量的能力。
随着机器大工业的发展，对联轴器的性能、可靠性规定越来越高，尽管目前有不少系列化、标准化的联轴器，但是由于机械的种类和型式多样，所以需要各种性能不同的联轴器，以适应不同的情况和使用规定，联轴器使用范围广泛，在冶金矿山、交通运送、工程机械、航天航空、船舶机械、轻工纺织等众多行业都有大量的应用。
若按补偿两轴相对位移能力的不同，联轴器种类可分为:
1、刚性联轴器:涉及套筒联轴器、火壳联轴器和凸缘联轴器等;
2、挠性联轴器:涉及无弹性元件的挠性联轴器、非金属弹性元件的挠性联轴器和金属弹性元件的挠性联轴器;
3、安全联轴器:涉及销钉剪断式安全联轴器、液力联轴器(又称液力祸合器)和钢球式节能安全联轴器。
1.2研究目的和意义
目前我国运送车辆、重型机械、冶金机械、轻工机械、石油机械、橡胶机械等工业领域所使用的大多数仍为不等角速传动的十字轴万向联轴器，急需进行更新换代，以便在大多数应用场合采用等角速万向联轴器，而我国等角速万向联轴器的技术来源重要是工业发达国家，无自主知识产权，目前依靠引进技术已进入应用领域的球笼式、球叉式等等角速万向联轴器仍具有工艺复杂、制导致本高等重要缺陷。随着我国工业的发展，每年将需要大量的等角速万向联轴器投入使用，该项应用基础研究取得的理论方法成果必将对在我国成功研制新一代更优等角速万向联轴器机构具有重要的指导作用，新一代机构必将取代目前仍在大多数工业领域使用的十字轴非等角速万向联轴器机构和部分依赖进口技术的等角速万向联轴器机构。我国的汽车工业发展迅猛，未来几年及十几年汽车工业特别是轿车工业有辉焊的发展前程，轿车的发展对等角速万向联轴器的需求量极大，传动平稳的万向联轴器会随着汽车工业的发展有较大的市场。等角速万向联轴器的研究开发成熟后，将技术与市场直接挂钩，必将会得到广泛的推广，这将是我国机械行业的一个举足轻重的进步，具有广阔的应用前景。

第二章 人机工程学相关理论概述
2.1 人机工程学概述
人机工程学是运用生理学、心理学和医学等有关科学知识，研究组成人机系统的机器和人的互相关系，以提高整个系统工效的新兴边沿科学。人机工程学研究在设计人机系统时如何考虑人的特性和能力，以及人受机器、作业和环境条件的限制。人机工程学还研究人的训练，人机系统设计和开发，以及同人机系统有关的生物学或医学问题。对于这些研究，在北美称为人因工程学或人机工程学，苏联称为工程心理学，欧洲，日本和其他国家称为工效学。国际人类工效学会(International Ergonomics Association)为人机工程学下的定义是:人机工程学是研究人在某种环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器及环境的互相作用;研究在工作中、家庭生活中和休假时如何统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。人机工程学的重要研究内容涉及人体特性的研究、人机系统的总体设计、工作场合和信息传递装置的设计、环境控制与安全保护设计等几个方面。
2.2人机工程设计
本文中讨论的人机工程设计就是指重要以人机系统的总体设计为基础，结合工作场合和信息传递装置的设计、环境控制与安全保护设计的人机工程设计方法与程序，其中的核心就是人机系统设计。人机系统涉及人和机两个基本组成部分，他们互相联系构成一个整体。人机系统的性质和特性可以用模型表达，图2-1是人机系统的模型。它的意义是指人机之间存在着信息环路，人机互相联系具有信息传递的性质。系统能否正常工作，取决于信息传递过程能否有效的进行，人机系统设计是为了解决系统中的人的效能、安全和身心健康的问题。人机系统设计并非单一产品的设计，而是适合于所有产品的一种设计方法。任何一个产品的人机系统设计需要具体分析和定义，才干拟定人机关系的性质和问题，并进行有效的设计。人机系统设计是为了解决系统中的人的效能、安全和身心健康的问题。一般来说，狭义的人机系统设计是指对产品系统自身进行的分析和设计，合用于普通的日用产品和机电产品。设计更多的是根据人机工程的原理和参数，强调使用者的安全、舒适、满意，采用的是分析一实验法。广义的人机系统设计是指全面的、大约念的人机系统设计，适应于军事、航天等复杂人机系统的设计，除了设计某个具体系统以外，还涉及作业、培训、选择人员标准、维修、作业辅助等一系列人机系统得匹配和“支持系统”的设计。设计更强调操作者的可靠性、效率、作业精度，其采用的是综合一分析法。本文中讨论的人机系统设计重要是指狭义的人际系统设计，也适当考虑了作业系统和支持系统的设计。人机系统设计总是多学科联合设计的一部分，通常与其他设计者组合，这完全是由人机系统设计的性质拟定的。因此，只有采用系统科学的方法才干综合各学科的观点，实现设计的优化。人机系统设计在解决设计问题时，多运用系统化的设计策略，并制订与其他学科互相配合的进度表。重要的是必须在系统设计的初期就参与设计，充足考虑人的因素，反映人的需要。
2.3人机工程学研究发展概况和现状
人机工程学是一门新兴的边沿学科，它起源于欧洲，形成于美国，发展于第二次世界大战期间。二战期间，由于战争的需要，武器系统变得越来越庞大而复杂。导致武器效率减少，并发生大量的事故。为了提高武器的效率，减少操作事故，对操作方法、操作规定及操作环境等人机工程学的研究是不可缺少的，并取得了许多成果。人机工程学不仅对军事装备的设计及使用十分重要，并且对汽车、飞机、电子设备、家用电器、公路标志、宇航医学、公司管理等均有重要作用。因而，二战期间产生的人机工程学在50年代获得了迅速发展。非军事领域应用人机工程的理论和方法，解决了民用工业和工程设计中存在的许多问题，到60年代末，由于科学技术的进步，例如控制论、信息论、系统论和人体科学等学科中新理论的建立，给人机工程学提供了新的理论基础，并且也给该学科的研究提出了新的规定和新的课题，促使人机工程学进入了系统的研究阶段即现代人机工程学发展阶段。期间，不仅拓宽了人机工程学的应用领域，并且提高了其研究水平。
由于人机工程学在军事、经济等领域中的重要地位，各国越来越重视该学科的研究，并相继建立了专门的研究机构。1949年英国一方面成立了人机工程学研究会，该协会1957年发行了会刊《Ergonomics))，此刊现已成为国际性刊物。1953年联邦德国成立了人机工程学会，1957年美国成立了人的因素协会(HFS) o到60年代，这一学科已在世界范围内普遍发展起来，1960年成立了国际人机工程学协会(工EA) , 1961年举行了第一次国际人机工程学会议，1962年前苏联全苏技术美学研究所成立，并成立了人机工程学学部，1963年日本成立了人机工程学学会，同年法国也成立了人机工程学会。这些机构和学术交流会议对人机学的研究和发展起到了有力的推动作用，使国际人机学的研究达成了一个新的水平。人机工程学发展的另一个特点是，该学科己与国际标准化组织(ISO)相结合。国际标准化组织于1975年成立国际人机工程标准技术委员会(TC-159) o我国人机工程学研究起步较晚。作为一门学科，80年代初才确立，有些大学及研究所建立了相应的研究室。1980年，在机械工业系统成立了“中国人类工效学学会”，下设人机工程专业委员会。人机工程学在我国己得到多方面应用，如:工程机械应用研究、安全工程应用研究以及人机工程理论研究与职业适应性研究。80年代以后，国内陆续出版了有关人机工程学的专著、译著和教材。兵器行业也初步开展了人机工程的研究与应用工作，成立了相应的专业机构。80年代对坦克乘员进行了人体测量，并用计算机对测量结果进行了解决，从而获得了我国现役坦克乘员人体尺寸的记录数据;“八五”期间，开展了“坦克乘员工效数据测定与研究”课题，它的内容涉及人体各部的几何尺寸(静态尺寸)和人体的活动操作范围(动态尺寸)、人体的体力和操纵力、人机界面参数以及坦克乘员舱的环境参数等。综上所述，人机工程学的发展有如下三大特点:
①人机工程学从武器装备开始研究，取得成果后，推广到非军事领域，后者反过来又促进前者的发展;
②从局部研究发展到系统研究。产品研制把产品设计和人机设计相结合，设计时既重视产品功能和性能的设计，同时也重视“人的因素”、操作设计、环境设计等人机协调与匹配问题，使研制出的产品不仅性能优良，并且与人的生理、心理协调;
③人机工程设计规范化。各个领域人机工程的设计、研究及其应用与标准化相结合，使人机工程学发展到更高的层次。
人机工程虽然是一门新兴的边沿科学，但其踪迹已进一步到各个领域。
一方面，在民用领域，人机工程为生产力的发展和提高提供了理论依据和技术手段。很显然，生产力是人、机、环境三大要素的有机结合。为了发展社会生产力，我们应当积极运用人机工程的理论，全面优化人、机、环境三者之间的关系，促进国民经济的蓬勃发展。
与此同时，在军事领域，人机工程理论也为战斗力的发展和提高提供了理论依据和技术手段。任何的武器装备都必须靠人去掌握和操纵，并且它也只能在特定的环境下才干发挥其性能。武器只是一种也许的战斗力，它只有同人和环境结合，才干成为现实的战斗力。因此，对的解决人、武器装备、作战环境这三个基本要素的关系，历来都是提高部队战斗力的关键。所以，在军事领域积极应用人机工程的理论，就能为国防科学技术的发展和部队战斗力的提高产生积极的作用。
随着计算机应用领域的日益扩大和计算机图形学及计算机辅助设计技术的进一步成熟，人一机一环境系统工程的应用得到迅速发展。人一机一环境系记录算机图形仿真是通过数据解决，图形显示，结果分析等手段对人一机一环境系统进行分析评价的技术。近年来，计算机图形学在图形显示硬件、图形生成算法和图形软件的实现各方面都取得了重大进展，如多媒体，虚拟现实等技术，这些新技术不久就在人一机一环境系统的仿真中得以应用。

第三章 人机工程学联轴器的防护设计
3.1联轴器防护基本思想
联轴器的基本思想是将连续的求解区域离散为一组联轴器个、目按一定方式互相联结在一起的的组合体。具体可以分为二个过程W假想把连续系统(涉及杆系，连续体，连续介质)分割成数目联轴器的，之间只在数目联轴器的指定点(称为节点)处互相联接，构成一个集合体来代替本来的连续系统。在节点上引进等效载荷(或边界条件)，代替实际作用于系统上的外载荷(或边界条件)。
(2)对每个由分块近似的思想，按一定的规则(由力学关系或选择一个简朴函数)建立求解未知量与节点互相作用(力)之间的关系(力一位移、热量一温度、电压一电流等)。
(3)把所有的这种特性关系按一定的条件(变形协调条件、连续条件或变分原理及能量原理)集合起来，引入边界条件，构成一组以节点变量(位移、温度、电压等)为未知量的代数方程组，求解之就得到联轴器个节点处的待求变量。可见，联轴器防护法实质上是把具有无限个自由度的连续系统，抱负化为只有联轴器个自由度的几何体，使问题转化为适合十数值求解的结构型问题。由于能按不同的联结方式进行组合，且自身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。联轴器作为数值分析方法的另一个重要特点是运用在每一个内假设的近似函数来分片地表达全求解域上待求的未知场函数。内的近似函数通常由未知场函数及其导数在的各个结点的数值和其插值函数来表达。这样一来，一个问题的联轴器防护分析中，未知场函数及其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量(也即自由度)，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的联轴器自由度问题。一经求解出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。显然随着数目的增长，也即尺寸的缩小，或者随着自由度的增长及插值函数精度的提高，解的近似限度将不断改善。假如是满足收敛规定的，近似解最后将收敛十精确解。近二十年来联轴器的理论和应用都得到迅速的、连续不断的发展。已经由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和振动问题。分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性和复合材料等，从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域。联轴器防护作为一种数值分析的方法，为复杂形状的结构分析及过程分析提供了一种精确可靠的手段，在当今各个设计、生产、制造等不同工程应用领域中广泛使用，在工程分析中的作用己从分析和校核扩展到优化设计，并成为计算机辅助工程中的一个重要部分。联轴器防护法是适应电子计算机的使用而发展起来的一种比较新奇和有效的数值计算方法，是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。最初这种方法被用来研究复杂的飞机结构中的应力，它是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机地结合在一起的一种数值分析技术;后来由十这一方法的灵活、快速和有效性，使其迅速发展成为求解各领域的数理方程的一种通用的计算方法。目前，它在许多学科领域和实际工程问题中都得到广泛的应用。
3.2联轴器防护数值分析理论
在科学技术领域内，对于许多力学问题和物理问题，人们己经得到了它们应遵循的基本方程(常微分方程或偏微分方程)和相应的定解条件。但能用解析方法求出精确解的只是少数方程性质比较简朴、目‘几何形状相称规则的问题。对于大多数问题，由于方程的某些非线性性质，或由十求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。这类问题的解决通常有两种途径，一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为可以解决的情况，从而得到问题在简化状态下的解答，但是这种方法只是在联轴器的情况下是可行的，由于过多的简化也许导致误差很大甚至错误的解答;二是人们数年来寻找和发展起来的另一种求解途径和方法一一数值分析法。近二十数年来，随着计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解科学技术问题的重要工具。已经发展的数值分析方法可以分为二大类。
一类是联轴器差分法。联轴器差分法求解思绪是:一方面将求解域划分为网格，然后在网格的结点上用差分方程近似微分方程。当采用较多的结点时，近似解的精度可以得到改善。借助于联轴器差分法，可以求解某些相称复杂的问题。特别是求解建立于空间坐标系的流体流动问题，联轴器差分法有自己的优势。因此在流体力学领域内，它至今仍占支配地位。但用十几何形状复杂的问题时，它的精度将减少，甚至发生困难。
另一类数值分析方法，是一方面建立和原问题基本方程及相应定解条件等效的积分提法，然后据之建立近似解法。假如原问题的方程具有某些特定的性质，则它的等效积分提法可以归结为某个泛函的变分。相应的近似解法事实上是求解泛函的驻值问题。里兹法就属于这一类近似方法。上述不同方法在不同的领域或类型的问题中得到成功的应用。但是也只能限十几何形状规则的问题。其基本因素是:它们都是在整个求解区域上假设近似函数。因此，对十几何形状复杂的问题，不也许建立合乎规定的近似函数。而联轴器的出现，是数值分析方法研究领域内重大突破性的进展。
联轴器防护法把求解区域看作由许多小的在节点处互相联结的子域()所构成，其模型给出基本方程的分片(子域)近似解。由于(子域)可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的边界条件。再加上它有成熟的大型软件系统支持，使其已成为一种非常受欢迎的、应用极广的数值计算方法。
在求解工程技术领域的实际问题中，有两种数值分析方法就是差分法和联轴器防护法。差分法算模型可给出其基本方程的逐点近似(差分网格上的点)。但对十不规则的几何形状和不规则的特殊边界条件差分法就难以应用了。
3.3联轴器防护软件的简介
本文联轴器防护分析依靠大型通用CAE < Computer Aided Engineering)软件9.0。联轴器防护程序作为联轴器防护研究的一个重要组成部分，是随着电子计算机的飞速发展而迅速发展起来的。国际上早在20世纪50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的联轴器防护分析程序美国的匹兹堡大学力学系专家JohnSwanson博士十1970年创建的公司开发的软件是融结构、热、流体、电磁、声场和辊合场分析十一体的CAE通用联轴器防护分析软件，应用领域十分广泛。该软件开发初期是为了应用于电力工业，现在已广泛应用于机械、航空航天、土木工程、电子、交通运送、教学科研等众多领域，可以满足各行业联轴器防护分析的需要，是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的重要分析平台。该软件可在大多数计算机及操作系统(如Windows ， UNIX)中运营。文献在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。30数年来，公司一直致力十分析设计软件的研发，不断吸取世界最新的计算方法和计算机技术，领导着联轴器防护界的发展趋势。目前的最新版本为9.0本的功能更加强大，使用更加便利。是一个灵活的设计分析及优化软件包，具有多物理场祸合功能，允许在同一模型上进行各种各样的祸合计算，如:热一一结构祸合、磁一一结构祸合以及电磁一一流体一一热祸合，该软件也是世界上第一个通过IS09000国际认证的联轴器防护分析软件，已成为国际公认的工程仿真及校验工具。随着高性能计算机系统的发展，软件必将成为实现工程创新和产品创新的得力助手和有效工具。作为一个功能强大、应用广泛的联轴器防护分析软件，重要涉及二个部分:前解决模块、分析计算模块和后解决模块。
(1)前解决模块:提供了强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造联轴器防护模型。软件还提供了100种以上的类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
(2)分析计算模块:可进行涉及结构分析(线性分析、非线性分析和高度非线性分析)在内的多种分析，可模拟多种物理介质的互相作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。
(3)后解决模块:涉及通用后解决模块和时间历程后解决模块。通用后解决模块可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示，这些结果涉及位移、应力和应变等。将计算结果从结果文献中读入到数据库后，就可以通过图形显示或数据列表来观测和查询模型在某一特定期刻(或某一载荷步、频率)的计算结果，从而对模型结果进行分析。
的结构力学分析涉及结构静力学分析、结构动力学分析和结构非线性分析等。
(1)结构静力学分析:用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静态分析适合求解惯性和阻尼对结构影响并不显著的问题。程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，ifu }_可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、大应变、大变形及接触分析。
(2)结构动力学分析:结构动力学用来求解结构的固有振型以及随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的载荷以及它对阻尼和惯性的影响。可进行的结构动力学分析类型涉及:防护分析、瞬态动力学分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。
(3)结构非线性分析:结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。程序可求解静态和瞬间非线性问题，涉及材料非线性、几何非线性和非线性材料3种。的重要特点是紧跟计算机软硬件发展的最新水平，功能丰富，用户界面和谐，前解决和图形功能完备，并且使用高效的联轴器防护系统。它拥有丰富的、完善的库，材料模型库和求解器，可以解决很多实际问题。归纳其技术特点，重要表现在以下几个方面。
(1)数据统一:使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果，实现前后解决、分析求解及多场分析的数据统一。
(2)强大的建模能力:具有二维建模能力，依靠的图形用户界面(GUI, Graphical UserInterface)就可建立各种复杂的几何模型。
(3)强大的加载求解能力:在中，涉及位移、力、温度在内的任何载荷都可以直接加载在任意几何实体或者联轴器防护实体上，载荷可以是具体数值，也可以是与时间或者坐标有关的任意函数。同时提供了数种求解器，用户可以根据规定选择合适的求解器。
(4)智能网格划分:具有智能网格划分功能，可根据模型的特点自动生成联轴器防护网格。
(5)强大的后解决能力:运用可以获得任何节点、的数据。
这些数据具有列表输出、图形显示、动画模拟等多种数据输出形式。此外，时间历程分析功能还可以对载荷叠加进行分析计算。
(6)提供与其他程序的接口:提供了与多数CAD软件(如Pro/Engineer, Unigraphics, IDEAS, AutoCAD, SolidWorks等拜I I联轴器防护分析软件的数据接口，可实现数据共享和互换。
(7)良好的用户开发环境:开放式的结构使用户可以运用APDL. UIDL和UPFS对其进行二次开发。特别是系统具有的参数化设计语言(APDL)，具有参数、数学函数、宏(子过程)、判断分支及循环等高级语言要素，是一个抱负的程序流程控制语言，很适合进行联轴器防护计算和高级的优化分析。
3.4联轴器防护的结构分析
是联轴器防护分析方法最常用的一个应用领域，绝大多数类型都可用于结构分析。联轴器防护法的分析过程非常程序化，整个分析过程均可由计算机实现，它的一般过程是
(1)明确分析对象和分析目的:联轴器防护分析必须明确分析的对象和分析目的，必须抓住重要矛屑，以达成计算分析目的。一个分析对象有多个分析目的时，可以提成几个计算进行。
(2)拟定模型化方案:在建立模型之前，需要依照分析对象和分析目的，拟定建模方案，并对实际问题做出合理的简化，选择合适的类型，拟定大小和数量，建立几何和计算模型。还要对计算费用(CPU时间)和计算结果的精度进行平衡考虑。
(3)拟定载荷及边界条件:载荷及边界条件的拟定是计算模型的一个重要部分，是技术上比较难的工作，也许影响计算结果的成败。必须把握的原则是计算模型的力和边界条件要符合分析对象的工作条，当不也许明确时建议使用实验、计算互相结合的方法加以拟定。
(4)选择合理的求解方法进行求解。
CS)结果解决和分析并撰写分析报告。进行结构联轴器防护分析时应注意的问题
(1)材料特性的解决:典型的材料特性涉及弹性模量、密度和泊松比等。在分析过程中应注意材料特性即特性及其本构关系。
(2)载荷特性的解决:针对不同的结构特性，对其载荷和结构特点进行分析，找到其重要的影响因素，才干得到对的的分析结果。
(3)边界条件的解决:根据不同的结构，引入特定的约束和载荷条件，分析求解。
3.5联轴器的联轴器防护分析
3.5.1联轴器防护模型的建立
以CENTA-FH系列CM2600型万向联轴器为研究分析对象。材料属性:此系列联轴器是碳纤维合金钢，这种复合材料是一种高弹性、低密度材质，联接轴的材料屈服极限6S i = 21 SMpa，十字轴取材近似16Mn低合金钢，屈服极限为6Sa = 345Mpa o工况:取发电机在额定功率P=120kW，转速n=1500r/min时进行分析。一方面需要定义工作文献名并设立分析模块，然后进行必要的定义，涉及定义类型和选项、定义实常数和材料属性等。在软件中定义材料性能参数如下联接轴杨氏弹性模量E1=240GPa，泊松比,u1=0.3 ,密度P1=6.9 x 103棺/m3;十字轴杨氏弹性模量E2=21 OGPa，泊松比,u2=0.3 ,密度 接着就可以建立几何模型，尺寸参数参照调研时测绘的相关资料。以联轴器的轴线方向为X轴，生成联轴器几何模型见图

3.5.2加载与计算
的求解就是解方程。通过各类求解器，求解由联轴器防护方法建立的联立方程组，其结果是得到节点的自由度解，并进一步得到解。这里选择求解类型并进行求解选项设定。Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis升pe>New Analysis，在弹出的New Analysis对话框中选择Static静力学分析。Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas选项对联轴器施加边界条件，在联轴器的一个十字轴上施加UX, UY,UZ, ROTY, ROTZ方向的约束，即限制除了绕轴线转动以外的其他五个自由)变。联轴器载荷的拟定须根据其最大受力状态下的扭矩。
设联轴器传递功率为尸，它应等于外力偶Me和相应角速度之乘积，即

工程中功率P的常用单位为kW，力偶矩的单位为N"m，转速n的单位
r/min(转/分)。于是得

由平衡条件知，在转动轴中，扭矩和力偶矩是相等的，即T =Me故有

已知应用于风力发电机上的联轴器其单台发电机额定功率为120KW o按照功率一定，最低转速时其扭矩值最大。经调研已知风力发电机的额定转速n=1 SOOr/min，最危险工况就按照额定功率下其最小转速n=1000r/min时计算

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes选项，对联轴器加载，在另一个十字轴侧面施加扭矩1145.8N"mo施加边界条件和载荷如图3-5所示。然后选择Main Menu>Solution>Solve>Current LS开始算。
3.5.3后解决
后解决指的是检查的计算分析结果，从某种意义上讲，也许是整个分析过程中最重要的一个环节。通过后解决，可以读入原有的数据文献和恢复其他数据项，也可以通过后解决器，以多种方式显示分析结果，这有助于用户查看所加载荷在所建模型上产生的影响。向用户提供了两种后解决工具查看计算结果，通用后解决器POSTI和时间历程后解决器POST2前者用来查看模型在某一特定期刻(或某一载荷步、频率)的结果，如轮廓线显示、变形形状，以及分析结果的列表。POSTI还提供了其它的功能，如误差估计、载荷工况组合、结果数据的计算和途径操作。后者则是用来查看模型的指定点的特定结果相对于时间、频率或其它结果项的变化口其功能涉及简朴的Ix}形显示和列表，微分和响应频谱生成的复杂操作.但其最典型的用途是在瞬态分析中以图形表达产生的结果项与时间的关系或在非线性分析中以图表表达作用力与变形的关系。计算结果以图形方式显示是一种十分有效的表达方法，更为直观形象。从图形上，用户可以非常迅速地了解到所