聯軸器膜片的應力分析同疲勞壽命

發布時間：2023-02-03

一、聯軸器膜片的應力分析

聯軸器膜片的轉子一軸承系統的不平衡響應。起先利用高斯消去法，求解系統在不平衡量的作用下所引起的強迫振動：分析了各結點的不平衡響應。然后以對稱布置的聯軸器膜片禍合的多跨轉子一軸承系統為對象，通過數值模擬分別分析了聯軸器膜片的剛度和轉子的不對中對系統不平衡響應的影響；詳細分析了不對中狀態下，系統支承處的不平衡響應隨轉速的變化，主要結論如下：

1、當系統通過臨界轉速區域時，轉子的不對中量對系統的不平衡響應有顯著影響，然而在工作轉速處，這種影響變小。

2、對于對稱的轉子一軸承系統，當聯軸器膜片徑向剛度等于某些值時，其轉角剛度對系統的不平衡響應影響很大。聯軸器膜片的徑向剛度時，轉角剛度決定了其隔振效果。當k，小時有顯著的隔振功能。隨著k，的增大，其隔振效果在逐漸下降。通過分析表明聯軸器膜片的轉角剛度是影響其隔振效果的一個重要因素。

對于膜片型聯軸器的應力分析：

1、軸向位移引起的彎曲應力由于在軸線方向上的安裝誤差，使膜片沿軸線方向發生彎曲變形，通過軸向位移的大小可以求出軸向力的大小。

2、離心應力假定螺栓與膜片材料相同，可計算出各自的質量，根據所處的位置和螺旋角度，可算得離心力，且作用在總質心上。

3、徑向、角向位移引起的彎曲應力由于在軸線角向上的安裝實際誤差，使膜片沿軸線方向發生周期性彎曲變形，而且它是決定聯軸器膜片疲勞壽命的主要因素，通過角度傾斜可以求出回復力矩的大小。

4、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矩。在聯軸器膜片傳遞轉矩時膜片平面受力，帶有陰影部分的圓表示主動端輸入，空白圓表示從動端輸出。

5、膜面應力(轉矩應力，設傳遞轉矩為T(N0m)，總片數為m，對于8孔螺栓，由簡化條件知，T單片=Tlm，每個主螺栓上所受的力為F=Tl4mR。

二、聯軸器膜片的疲勞壽命

由于聯軸器膜片及撓性筒的材料為鈦合金，因此隨著艦船對膜片、筒形聯軸器的需求增大，對鈦合金材料的需求也越來越大。目前存在問題有以下幾方面：

一、由于鈦合金價格本身就較貴，而且膜片鍛件對鈦合金要求較不錯，需要通過很多工序才能達到要求，再加上膜片鍛件在鍛造和熱處理過程中廢品率居高不下，導致用于加工膜片的鈦合金價格高，在一段時間內價格較不錯曾達到1500元左右/kg，目前價格也在1000元左右/kg，這樣直接導致了聯軸器膜片的成本提升，對聯軸器膜片的推廣起到了制約作用。

二、由于鈦合金膜片在加工過程中難度大，加工過程中廢品率不錯，從而也導致鈦合金聯軸器膜片的制造成本居高不下。

三、膜片材料(TC4)的強度，鍛件生產過程中需要對其進行固溶相寸效處理，由于膜片鍛件直徑很大而厚度小，鍛件外徑一般在φ600mm以上，目前可達到φ900mm，而鍛件厚度只有50mm左右，因此在進行熱處理過程中很容易引起鍛件變形大，造成鍛件報廢。

四、作為膜片鍛件，設計方一般要求鍛造廠出廠鍛件平面度要求高，有些廠家為了達到鍛件出廠平面度的要求，在熱處理時或熱處理后通過機械手段來強行控制鍛件變形，這樣使得鍛件本身有很大的內應力存在，結果在加工中出現應力釋放現象，造成鍛件變形很大，導致鍛件在加工中報廢。

五、為了提升膜片的疲勞壽命，用于加工膜片的TC4鍛件對高、低倍組織的等級要求高，因此國內很多鈦合金生產廠家都無法達到此項要求。例如，我所曾經在某有色金屬加工廠采購過18件TC4鍛件，但較終由于高倍組織不達到要求而造成鍛件報廢。