膜片聯軸器膜片應力計算及疲勞壽命分析

發布時間：2020-01-02

膜片聯軸器(亦稱疊片、鋼片聯軸器)是一種有廣泛發展前途的、新型的、可取代齒式聯軸器的兩軸聯接裝置它由兩端軸、膜片組、中間軸和連接螺栓組成。其中，膜片組由數量的薄不銹鋼涂層膜片疊合而成，通過它來傳遞轉矩和運動。
　　聯軸器所連接的兩軸，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，軸線間會產生某種程度的軸向、角向、徑向偏概軸線的相對偏移會在軸、軸承和聯軸器上引起附加載荷，使機組工作條件惡化膜片聯軸器能通過膜片的撓性來吸收軸線間的三向偏移，工作條件膜片聯軸器能傳遞大的轉矩，而且具有結構簡單、加工方便、不需潤滑等優點，因而廣泛應用于航空、艦船、石油化工、機械制造等。
　　膜片是膜片撓性聯軸器的關鍵元件，由于軸線間偏移、傳遞轉矩、承受離心力，膜片工作時處于復雜的受力狀態。膜片變形是薄板彎曲問題，一般情況下，膜片承受的預變形是小變形，采用小撓度理論來處理。
　　膜片上相鄰兩孔的螺栓分別與兩端軸和中間軸的凸沿相連接，即螺栓相間反向布置，導致它們之間通過膜片的撓性可以有相對位概當確定一個孔所在的位置是固定時，相鄰的兩孔處，由于預變形而導致法向作用力，對隔過一個孔的第三孔，又可為固定約束。
　　膜片傳遞轉矩時，轉矩是通過主動螺栓利用膜片元件帶動從動螺栓，沿螺栓分布圓切線方向傳遞的。忽略膜片間微小的相對運動，認為各膜片均勻承擔轉短螺栓作用在膜片上的力在膜片平面內，按平面應力問題求解，取三分之一膜片的一半。
　　根據上述分析，利用薄板彎曲有限元法計算膜片軸向偏移、角向偏移時的應力，按平面應力法計算傳遞轉矩的應力和旋轉離心應九角向偏移引起的偏斜彎曲應力為交變應力，其余三種應力可合成為平均應力。
　　知道了各應力，就容易對膜片作強度校核。并且，由單個膜片的載荷與變形關系，可估算出膜片聯軸器的附加載荷，即較大軸向力與恢復力矩。
　　膜片作為關鍵性元件，其疲勞壽命決定著膜片聯軸器的正常使用壽命。上面由有限元分析，可求得膜片所受的應力狀。又由于膜片是個缺口件，其疲勞強度和壽命取決于應力集中(或應變集中)處的較大局部應力和應變，因此，適宜用局部應力一應變法計算其疲勞裂紋萌生壽命。
　　安裝膜片聯軸器需注意的8點，如下：
　　①帶膜片的產品有棱邊，有致傷可能，建議安裝時佩戴厚手套等。
　　②請在聯軸器周邊安裝保護罩等裝置以。
　　③安裝時軸心偏差超出容許值時，聯軸器可能會發生變形從而導致損壞或使用壽命縮短。
　　④聯軸器的容許軸心偏差包括徑向，角向，軸向偏差。安裝時，請進行調整軸心偏差在對應的產品目錄的容許值范圍內。
　　⑤當多種偏差同時出現時，相應的容許值要減半。
　　⑥為了延長聯軸器的使用壽命，建議將軸心偏差設定為容許值的1/3以內。
　　⑦在插入安裝軸后再擰緊螺絲，否則會導致聯軸器變形。擰緊螺絲時，請使用扭力扳手，切勿使用附件以外的螺絲安裝。
　　⑧如果在運轉過程中出現異常聲音，請立即停止運行，并對安裝精度，螺絲松動情況等分別進行檢查。建議安裝調試完畢后在螺絲外表面涂粘接劑，增加保護性能。
　　選擇自己所需要的聯軸器：
　　1、膜片聯軸器至少由一個膜片和兩個軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會松動或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產商提供兩個膜片的，也有提供三個膜片的，中間有一個或兩個剛性元件，兩邊再連在軸套上。
　　2、膜片聯軸器這種特性有點像波紋管聯軸器，實際上聯軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當相對位移荷載產生時它很容易彎曲，因此可以承受高達1.5度的偏差，同時在伺服系統中產生較低的軸承負荷。
　　3、膜片聯軸器常用于伺服系統中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯軸器。
　　4、另一方面，膜片聯軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以偏差在聯軸器的正常運轉的承受范圍之內是非常的。
　　5、根據軸徑調整型號：初步選定的軸承聯軸器聯接尺寸，即軸孔直徑d和軸孔長度L，應符合主、從動端軸徑的要求，否則還要根據軸徑d調整聯軸器的規格。主、從動端軸徑不相同是普通現象，當轉矩、轉速相同，主、從動端軸徑不相同時，應按大軸徑選擇聯軸器型號。新設計的傳動系統中，應選擇符合GBT3852中規定的七種軸孔型式，推薦采用軸孔型式，以提高通用性和互換性，軸孔長度按i軸承聯軸器產品標準的規定。