聯軸器膜片的承受載荷作用和運行過程

發布時間：2023-01-12

<一>、聯軸器膜片的承受載荷作用

膜片組是聯軸器膜片的主要彈性元件。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，故這里只研討膜片的應力分析。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：

一、膜片組的強迫位移

雖然聯軸器膜片工作時，膜片組件傳遞的扭矩很大，但是實踐證明：聯軸器膜片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聯軸器膜片所聯接的兩軸不對中產生的附加載荷引起的。

二、聯軸器膜片的軸向偏移

聯軸器膜片的軸向偏移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，為確定聯軸器使用壽命的長期，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需要考慮進去。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聯軸器膜片軸向偏移的一半。

三、聯軸器膜片的角向偏移

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。聯軸器膜片角向偏移，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。

四、膜片承受的轉矩

聯軸器膜片傳遞轉矩時，轉矩是通過主動螺栓利用膜片元件帶動從動螺栓，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，但運行工況一些時，可看作不變應力。

五、膜片承受的離心應力

聯軸器膜片通常是安裝在傳動軸上，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大變化，但運行工況一些時，也可看作不變應力。

<二>、聯軸器膜片運行過程

膜片在運行過程中受到的是拉應力和壓應力，以及在三向位移補償時產生的彎曲應力和高周循環疲勞應力。為了適應各種工況條件，理想的膜片材料應具有：高抗拉強度和疲勞強度；高不易腐蝕和抗微動磨損能力。

通過在各種載荷情況下對膜片進行靜強度分析計算，可以判斷所設計的膜片能否承受限度的載荷。從膜片的靜強度分析結果可知，膜片的應力沒有超過給定材料的屈服強度，但是在膜片所受的載荷中，拉力和角位移都是變化的載荷。結構或材料在受到多次重復變化的載荷作用后，應力值雖然沒有超過材料的強度限，甚至比彈性限度還低的情況下就可能發生破壞，疲勞破壞已經成為引起結構破壞的主要因素。因此，單單分析各種載荷情況下的靜強度并不能確定一種設計方案是否正確，疲勞問題也是進行膜片設計時需要考慮的。利用有限元方法并借助于有限元分析計算軟件對膜片進行靜強度分析，可以比較準確地計算出各種載荷情況下膜片的應力、應變及位移狀況。并且在靜強度分析的基礎上，再對聯軸器膜片進行疲勞分析，看它能不能達到風電機組20年的壽命要求。

對膜片進行受力分析，膜片受到的載荷有：①扭距在膜片中產生的拉壓力，②由軸線偏斜而引起的彎矩，③螺栓與膜片質量離心力，④膜片軸向位移引起的彈性推力，⑤螺栓預緊力。扭矩T使膜片產生的拉伸或壓縮壓力和質量離心力應力都隨轉速而變化。安裝運行工況一些時，①、②、④、⑤均屬于不變應力。彎矩M使膜片產生彈性推力，且在軸每轉一圈時應力循環變換一次。聯軸器膜片的主要失效不是由于膜片組件傳扭能力不足，而是膜片和螺栓在交變循環復合應力作用下的疲勞所致。因此本章先計算膜片的強度，膜片的疲勞計算在下一章進行。

膜片承受的轉矩主要靠主、從螺栓間膜片的拉壓受力傳遞。為了簡化計算，作以下基本假設：

一、假定每個主動螺栓所受的力相等，該力沿驅動方向；

二、在運行過程中，膜片端部保持平行。

三、僅考慮傳遞扭矩引起的應力。

四、不計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整體。