膜片聯(lián)軸器膜片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

發(fā)布時(shí)間：2019-08-20

聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造和安裝誤差、承載變形、熱變形以及機(jī)座下沉等原因，軸線間會(huì)產(chǎn)生的軸向、角向、徑向偏移。這將在軸、軸承和聯(lián)軸器上引起附加載荷，使船舶推進(jìn)軸系工作條件惡化。而膜片聯(lián)軸器的使用可以減弱附加載荷所產(chǎn)生的影響，船舶推進(jìn)軸系工作條件。

膜片聯(lián)軸器在船舶推進(jìn)軸系中應(yīng)用廣泛，特別用于高速快艇推進(jìn)軸系，其中膜片是膜片聯(lián)軸器的關(guān)鍵部件，為了滿足船舶高速軸系的運(yùn)行要求，對(duì)膜片進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，針對(duì)工程設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的六孔式膜片，對(duì)膜片進(jìn)行受力分析。

1膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)

膜片聯(lián)軸器是一種全金屬干式撓性聯(lián)軸器，主要由左右半聯(lián)軸器、膜片組和連接螺栓等零部件組成。其中，膜片組由數(shù)量的不銹鋼涂層膜片疊合而成，并通過(guò)螺栓交替固定于主動(dòng)端與從動(dòng)端。為了獲得好的補(bǔ)償性能，常采用中間軸，其兩端各有一組膜片組組成雙膜片式聯(lián)軸器，分別與主從動(dòng)軸聯(lián)接。其工作原理為：轉(zhuǎn)矩從左半聯(lián)軸器輸入，經(jīng)主動(dòng)螺栓傳輸至膜片組，膜片組再通過(guò)從動(dòng)螺栓將轉(zhuǎn)矩傳至中間軸，同樣轉(zhuǎn)矩通過(guò)另一端的膜片組、螺栓及右半聯(lián)軸器輸出。

膜片聯(lián)軸器能通過(guò)膜片的撓性來(lái)吸收或軸線間的三向偏移，船舶推進(jìn)軸系的工作條件。它具有傳遞扭矩大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、工作、不需潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)。

2膜片的應(yīng)力分析

膜片組是膜片聯(lián)軸器的主要彈性元件。膜片組在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承受拉伸、擠壓、剪切等復(fù)合力，處于復(fù)雜的受力狀態(tài)，并由此來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)，同時(shí)吸收振動(dòng)和補(bǔ)償偏差。

由于聯(lián)軸器中其他零件的剛度比膜片大得多，且膜片受力情況較為復(fù)雜，故這里只研究膜片的應(yīng)力分析。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮各膜片間微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的表面剪力，即將所有膜片視為一個(gè)整體。

膜片聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩是通過(guò)主動(dòng)螺栓利用膜片元件帶動(dòng)從動(dòng)螺栓，轉(zhuǎn)矩在膜片中產(chǎn)生的沿螺栓分布圓切線方向的拉壓力。

膜片聯(lián)軸器通常是安裝在高速傳動(dòng)軸上，高轉(zhuǎn)速機(jī)械的離心慣性力在結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算中重要。由螺栓、墊圈等的質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力和由膜片組自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力方向均沿徑向向外，使膜片組受到離心拉應(yīng)力。膜片承受的離心應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速而有較大變化，但運(yùn)行工況時(shí)，也可看作不變應(yīng)力。

雖然膜片聯(lián)軸器工作時(shí)，膜片組件傳遞的扭矩很大，但是實(shí)踐證明：膜片聯(lián)軸器的主要失效不是由膜片組件的傳扭能力不足引起，而是膜片所受交變循環(huán)復(fù)合應(yīng)力所致。而這種復(fù)合應(yīng)力多是由膜片聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸不對(duì)中產(chǎn)生的附加載荷引起的。

膜片聯(lián)軸器的軸向偏移受聯(lián)軸器的規(guī)格以及螺栓數(shù)量影響，聯(lián)軸器規(guī)格越大，所能承受的軸向偏移越大。軸向偏移會(huì)對(duì)膜片產(chǎn)生很大的應(yīng)力，因此，為聯(lián)軸器使用壽命的，要求安裝時(shí)膜片之間盡可能緊密，膜片盡可能平整。同時(shí)，由于熱脹冷縮而導(dǎo)致的設(shè)備軸向偏差考慮進(jìn)去。對(duì)于雙膜片式聯(lián)軸器，聯(lián)軸器軸向偏移經(jīng)過(guò)中間體兩邊的膜片組平均后，膜片組的軸向偏移為膜片聯(lián)軸器軸向偏移的一半。

軸線角向的安裝誤差，使膜片沿軸線方向發(fā)生周期性彎曲變形，它是決定膜片疲勞壽命的主要因素。膜片聯(lián)軸器角向偏移，較大的角向偏移將使膜片組承受很大的附加彎矩。對(duì)于雙膜片式聯(lián)軸器，膜片組的角向偏移是聯(lián)軸器的角向偏移的一半。

僅雙膜片式聯(lián)軸器能夠承受徑向偏移，并且其承受徑向偏移的能力取決于兩組膜片之間的距離。