膜片聯軸器膜片結構強度分析研究

發布時間：2019-12-19

聯軸器所聯接的兩軸，由于制造和安裝誤差、承載變形、熱變形以及機座下沉等原因，軸線間會產生的軸向、角向、徑向偏移。這將在軸、軸承和聯軸器上引起附加載荷，使船舶推進軸系工作條件惡化。而膜片聯軸器的使用可以減弱附加載荷所產生的影響，船舶推進軸系工作條件。
　　膜片聯軸器在船舶推進軸系中應用廣泛，特別用于高速快艇推進軸系，其中膜片是膜片聯軸器的關鍵部件，為了滿足船舶高速軸系的運行要求，對膜片進行應力分析和強度計算。
　　1膜片聯軸器的結構
　　膜片聯軸器是一種全金屬干式撓性聯軸器，主要由左右半聯軸器、膜片組和連接螺栓等零部件組成。其中，膜片組由數量的不銹鋼涂層膜片疊合而成，并通過螺栓交替固定于主動端與從動端。為了獲得的補償性能，常采用中間軸，其兩端各有一組膜片組組成雙膜片式聯軸器，分別與主從動軸聯接。其工作原理為：轉矩從左半聯軸器輸入，經主動螺栓傳輸至膜片組，膜片組再通過從動螺栓將轉矩傳至中間軸，同樣轉矩通過另一端的膜片組、螺栓及右半聯軸器輸出。
　　膜片聯軸器能通過膜片的撓性來吸收或軸線間的三向偏移，船舶推進軸系的工作條件。它具有傳遞扭矩大、結構簡單、拆裝方便、工作、不需潤滑等優點。
　　2膜片的應力分析
　　膜片組是膜片聯軸器的主要彈性元件。膜片組在運轉過程中承受拉伸、擠壓、剪切等復合力，處于復雜的受力狀態，并由此來傳遞轉矩和運動，同時吸收振動和補償偏差。
　　由于聯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雜，故這里只研究膜片的應力分析。為了簡化計算，不考慮各膜片間微小的相對運動產生的表面剪力，即將所有膜片視為一個整體。膜片承受的載荷有以下幾種：
　　2.1膜片承受的轉矩
　　膜片聯軸器傳遞轉矩時，轉矩是通過主動螺栓利用膜片元件帶動從動螺栓，轉矩在膜片中產生的沿螺栓分布圓切線方向的拉壓力。扭矩使膜片產生的拉伸或壓縮應力隨工況而變化，但運行工況時，可看作不變應力。
　　2.2膜片承受的離心應力
　　膜片聯軸器通常是安裝在高速傳動軸上，高轉速機械的離心慣性力在結構應力計算中重要。由螺栓、墊圈等的質量產生的離心慣性力和由膜片組自身質量產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力。膜片承受的離心應力隨轉速而有較大變化，但運行工況時，也可看作不變應力。
　　2.3膜片組的強迫位移
　　雖然膜片聯軸器工作時，膜片組件傳遞的扭矩很大，但是實踐證明：膜片聯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復合應力所致。而這種復合應力多是由膜片聯軸器所聯接的兩軸不對中產生的附加載荷引起的。
　　2.3.1膜片聯軸器的軸向偏移
　　膜片聯軸器的軸向偏移K，受聯軸器的規格以及螺栓數量影響，聯軸器規格越大，所能承受的軸向偏移越大。軸向偏移會對膜片產生很大的應力，因此，為聯軸器使用壽命的，要求安裝時膜片之間盡可能緊密，膜片盡可能平整。同時，由于熱脹冷縮而導致的設備軸向偏差考慮進去。對于雙膜片式聯軸器，聯軸器軸向偏移經過中間體兩邊的膜片組平均后，膜片組的軸向偏移為膜片聯軸器軸向偏移的一半。
　　2.3.2膜片聯軸器的角向偏移
　　軸線角向的安裝誤差，使膜片沿軸線方向發生周期性彎曲變形，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。對于雙膜片式聯軸器，膜片組的角向偏移是聯軸器的角向偏移的一半。