万向作业体多维光作用受力解析

　　扁头偏心轴发生弯扭组合变形：对实物=32M2n+（FL）2d3（1）对模型′=32M′2n+（F′L）2d′3（2）用相似系数，′/=C，L′/L=d′/d=CL，M′n/Mn=M′/M=CM，F′/F=CF代入（2）式得=CMC×C3L×32M2n+C2F×C2L（FL）2/C2Md3（3）由（1）、（3）式可得相似系数之间必须满足的相似准则为CM/C×C3L=1，CF×CL/CM=1已知Mn=4122.4kNm，F2=6896.7kN，F3=7275kN，F4=383.2kN，尺寸相似系数CL=1/12.5，考虑到在强度范围内出现足够的等差线条纹级数，经估算取Mn=348.3N.cm，求得集中力相似系数为CF=CM/CL=1.056×10-5.由此算出加在模型偏心轴上的集中力分别为：F2=CF×F2=72.8N，F3=CF×F3=78.6N，F4=CF×F4=4.05N模型应力的测试计算切片部位的选定根据万向连接轴的破坏情况，同时考虑应力集中的影响，选择叉头、扁头的圆弧部位以及扁头偏心轴过渡圆角部位作为重点分析区域，叉头切片如所示；扁头头部切片如所示；扁头偏心轴轴颈过渡圆角切片如所示。

　　叉头切片位置及编号扁头切片位置及编号条纹测试计算方法实验采用正射和斜射结合技术，为消除斜射的折射效应，所有冻结切片都置于与环氧树脂折射率相近似的液体中观测。

　　由于各切片测试范围内的圆弧或过渡圆角的面是自由面，任意点″A″的应力状态y=yx=yz=0，x≠0，z≠0，xz≠0.采用边界流动坐标，在XOZ平面内沿Z向对切片正射一次，测得条纹级次n0，沿1及2方向对切片斜射两次，测得相应的条纹级次n扁头偏心轴轴颈切片编号和n2，由三维应力光学定律及坐标转换公式得x=n0×fh0，z=fh0×（n1+n2）cos-2×n0×cos21-cos2×，xz=fh0n2-n14sin令f/h0=F0，当取=±30°时，上式变为x=nF0，z=3F0（n1+n2-3n0），xz=12F0（n2-n1）各测点的主应力由下式计算：1（3）=（x+z）2±x-z2+2xz模型边界应力状态采用第四强度理论，各测点的相当应力为xd4=<（1-2）2+（2-3）2+（3-1）2>/2材料条纹值的测定用与模型相同的材料制成直径D=4cm的圆盘，在相同的条件下对径受压冻结应力，对径压力Q=24.15N，测得圆盘中心条纹级数N=4.55级，由此求得材料条纹值f=8Q/

　　DN=8×24.15/×4×4.55=3.4N/cm条。模型应力与原形应力的换算由相似准则：C=CMC3L，即′=Mn/M′n（L′/L）3得实物应力为=MnM′n×L′L3×′=4122.4×105348.3×112×′=605.99′叉头危险点应力扁头危险点应力A-A过渡圆弧应力分布B-B过渡圆弧应力分布结论叉头的危险区域是叉头两侧的后圆弧部位，危险点是15号切片的A点和2号切片的A′点。其相当应力分布如所示。

　　当Mn=4122.4kNm时，A点应力xd4=300MPa，A′点应力xd4=290.2MPa扁头头部危险区域是水平内侧圆弧部位，危险点在1号切片的B点，其相当应力xd4分布如所示，当Mn=4122.4kNm时，B点的应力xd4=482.3MPa扁头偏心轴（2）的轴1径（A-A）过渡圆弧边界*大应力在60切片位置，其相当应力xd4=194.5MPa，应力分布如所示；偏心轴（4）的轴径〔B-B〕过渡圆弧边界*大应力在30切片位置，其相当应力xd4=396.3MPa，应力分布如所示。

　　根据上述3条实验应力，建议生产厂家在改进设计方案时，在满足工艺要求的基础上，加大15号切片的厚度，加大1号切片B点处的过渡圆弧。