斜角度α大于17°左右时，随着倾斜角度α的增大，最小接触应力会突然变 小。因此，这就约束倾斜角度不能太大，但要尽可能的大，以此来降低最大接触压力。由此， 可以得出目标函数对于倾斜角度α较敏感。
[0049] (b)外套厚度τ的灵敏度分析
[0050]令R!= 15mm，R2= 2mm，h= 22. 5mm，α= 20。，以Τ为设计变量，分析Τ的变化 对外套接触压力的影响。随着外套厚度，人20~50mm变化，接触端部最大应力是变小的。 但是当外套厚度T大于37. 5mm时，随着外套厚度T的增大，最小接触应力会突然变小。因 此，这就约束外套厚度不能太大，但也要尽可能的大，以此来降低最大接触压力。由此，可以 得出最大接触压力对外套厚度Τ敏感。
[0051] (c)倒角深度h的灵敏度分析
[0052]令R!= 15mm，R2= 2mm，T= 37. 5mm，α= 20。，以h为设计变量，分析h的变化 对外套接触压力影响。随着倒角深度h变大，接触端部最大应力在变小，倒角深度h越大， 对减小接触端部最大应力的作用越弱，因此最大接触应力对Η的变化敏感。
[0053] (d)倒角半径R1的灵敏度分析
[0054]令h= 22. 5mm，R2= 2mm，T= 37. 5mm，α= 20。，以Ri为设计变量，分析R1 的变 化对外套接触压力的影响。最大接触应力、最小接触应力对倒角半径R1十分敏感，最大径 向位移对倒角半径的敏感程度较差。随着倒角半径R1的增大，最大接触应力、最小接触应 力均出现下降，这也就限制了倒角半径R1的取值。因此在优化过程中对于倒角半径R1的 容差要较小，避免倒角半径R1的过大变化。因此最大接触应力对R1的变化敏感。
[0055] (e)倒角半径R2的灵敏度分析
[0056]令h= 22. 5mm，札=15mm，Τ= 37. 5mm，α= 20。，以R2为设计变量，分析R2的 变化对外套接触压力的影响。最大接触应力、最小接触应力和最大位移对倒角半径R2的变 化都不是很敏感，因此倒角半径r2作为设计变量，其在改变的过程中，并不会使目标函数更 优或者改变约束条件，可以忽略。但是，考虑到本项目中所涉及到变量个数不是很大，也将 其作为设计变量进行了优化。
[0057] 表1靠近油腔各设计变量对目标函数的灵敏度分析
[0058]
[0059] 远离油腔各设计变量对目标函数的灵敏度分析,: ' '
[0060] (a)开槽位置Loc灵敏度分析
[0061]令113= 10mm，R3= 5mm，β= 30°，以Loc为设计变量，分析Loc的变化对外套接 触压力的影响。利用Isight软件进行设计变量开槽位置Location的循环分析，进而得到 目标函数（接触端最大应力）和约束条件（接触最小应力）随Location的变化规律。通 过分析得到，随着开槽位置的增大，最大接触应力在Loc= 393mm时出现最小值，此时最小 接触应力并没有达到要求的压力。但是，随着开槽位置的增大，最小接触应力会趋于平均值 时，最大接触应力又再增大。因此，需要通过优化算法寻找一个能够使得最大接触压力与最 小接触压力均满足要求的最优解值，目标函数对loc敏感。
[0062] (b)倾斜角度β的灵敏度分析
[0063] 令h3= 10mm，R3= 5mm，loc= 395mm，以β为设计变量，分析β的变化对外套接 触压力的影响。通过分析得到，随着倾斜角度β的增大，最大接触应力与最小接触应力都 在变小，而我们希望得到的是再最小接触应力不小于平均接触压力的前提下，最大接触压 力越小越好。因此，目标函数对β敏感。
[0064] (c)倒角半径R3的灵敏度分析
[0065] 令β= 30°，h3= 10mm，loc= 395mm，以R3为设计变量，分析1?3的变化对外套接 触压力的影响。通过分析得到：随着倒角半径R3的增大最大接触应力在到达最小值以后， 会再次增大；而最小接触应力会一直变小直到等于〇。所以，目标函数对R3敏感。
[0066] (d)开槽深度h3的灵敏度分析
[0067] 令β= 30。，R3= 5mm，loc= 395mm，以h3为设计变量，分析h3的变化对外套接 触压力的影响。由分析知随着开槽深度h3的增大最大接触应力在到达最小值以后，会缓慢 增大；而最小接触应力经过短暂的上升后会一直变小。所以，目标函数对h3敏感。
[0068] 表2远离油腔各设计变量对目标函数的灵敏度分析
[0069]
[0070] 经过以上各参数的灵敏度分析，我们可以更好的对参数进行取值，以达到最优化 设计的目的。
[0071] 这一部分我们从优化数学模型、不同密度网格的对比、不同类型网格对比（三维 和二维）以及设计变量的灵敏度分析等四个方面，针对某型联轴节为基准进行了讨论。下 面我们将利用ANSYSAPDL语言建立联轴节的参数化模型，并结合Isight软件进行联轴节 的优化设计。
[0072] (e)优化结果
[0073] 应用Ansys的APDL语言编写参数化结构计算程序，将程序嵌入Isight中，建立 Ansys集与Isight的集成优化模型如图8所示。其数据流程如图9所示，根据优化任务输 入优化参数的初始值，通过DataExchanger改写模板文件通过Ansys进行求解计算，将结果 文件通过DataExchanger读取给优化算法（ASA)判别是否满足目标函数要求，如不满足输 出迭代后的优化参数更新值再次通过DataExchanger改写模板文件，如此往复直到优化解 被求得。优化前后内套与外套接触压力沿轴向分布曲线如图10所示，从图中可以看出优化 后内套外套接触边界处应力峰置大幅降低。
[0074] 考虑到加工工艺，对优化后的尺寸进行圆整处理，得到圆整以后的优化模型（如 图4、图5所示）：
[0075] T= 46. 6mm
[0076] h = 18mm
[0077] Rx= 15mm
[0078] R2= 4mm
[0079] a= 11. 5。
[0080] Loc= 386mm
[0081] R3= 3mm
[0082] h3= 6mm
[0083] β= 26°
[0084] 其中：α为倾斜角度，T为外套厚度，h为倒角深度，&为倒角半径，R2为倒角半径， L〇C(L〇cati〇n)为开槽位置，β为倾斜角度，h3为开槽深度，R3为倒角半径。
【主权项】
1. 一种均匀接触应力液压联轴节，具有一个外套，其特征在于：所述外套分别设有靠 近油腔端部的卸荷槽和远离油腔端部的卸荷槽，所述卸荷槽具有使外套的接触应力最低， 同时满足传力要求的几何尺寸，外套靠近油腔端部的卸荷槽尺寸为：外套厚度T=46. 6_， 倒角深度h=18mm，倾斜角度α=11. 5°，倒角半径RelSmm，倒角半径R2=4mm;优化后的外 套远离油腔端部的卸荷槽尺寸为：开槽位置L〇cati〇n=386mm，倾斜角度β=26°，开槽深度 h3=6mm，倒角半径R3=3mm〇
【专利摘要】本实用新型涉及一种均匀接触应力液压联轴节，外套分别设有靠近油腔端部的卸荷槽和远离油腔端部的卸荷槽，优化后的外套靠近油腔端部的卸荷槽尺寸为：外套油腔厚度T=46.6mm，倒角深度h=18mm，倾斜角度α=11.5°，倒角半径R1=15mm，倒角半径R2=4mm；优化的外套远离油腔端部的卸荷槽尺寸为：开槽位置（圆弧圆心到轴系轴心线的距离）Location=386mm，倾斜角度β=26°，开槽深度h3=6mm，倒角半径R3=3mm。本实用新型通过非线性接触有限元分析方法和优化方法相结合的方式，对液压联轴节的外套进行优化设计，使得外套与内套接触边界处应力集中度大幅降低，同时能液压联轴节的设计传递轴系载荷能力不降低。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN205080550
【申请号】CN201520798076
【发明人】赵振宇, 崔利民, 陈波, 邹义, 李杨, 司黎明, 王晓军, 李云龙
【申请人】中国船舶重工集团公司第七0四研究所
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月15日