膜片联轴器膜片结构强度分析研究

发布时间：2019-12-19

联轴器所联接的两轴，由于制造和安装误差、承载变形、热变形以及机座下沉等原因，轴线间会产生的轴向、角向、径向偏移。这将在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷，使船舶推进轴系工作条件恶化。而膜片联轴器的使用可以减弱附加载荷所产生的影响，船舶推进轴系工作条件。
　　膜片联轴器在船舶推进轴系中应用广泛，特别用于高速快艇推进轴系，其中膜片是膜片联轴器的关键部件，为了满足船舶高速轴系的运行要求，对膜片进行应力分析和强度计算。
　　1膜片联轴器的结构
　　膜片联轴器是一种全金属干式挠性联轴器，主要由左右半联轴器、膜片组和连接螺栓等零部件组成。其中，膜片组由数量的不锈钢涂层膜片叠合而成，并通过螺栓交替固定于主动端与从动端。为了获得的补偿性能，常采用中间轴，其两端各有一组膜片组组成双膜片式联轴器，分别与主从动轴联接。其工作原理为：转矩从左半联轴器输入，经主动螺栓传输至膜片组，膜片组再通过从动螺栓将转矩传至中间轴，同样转矩通过另一端的膜片组、螺栓及右半联轴器输出。
　　膜片联轴器能通过膜片的挠性来吸收或轴线间的三向偏移，船舶推进轴系的工作条件。它具有传递扭矩大、结构简单、拆装方便、工作、不需润滑等优点。
　　2膜片的应力分析
　　膜片组是膜片联轴器的主要弹性元件。膜片组在运转过程中承受拉伸、挤压、剪切等复合力，处于复杂的受力状态，并由此来传递转矩和运动，同时吸收振动和补偿偏差。
　　由于联轴器中其他零件的刚度比膜片大得多，且膜片受力情况较为复杂，故这里只研究膜片的应力分析。为了简化计算，不考虑各膜片间微小的相对运动产生的表面剪力，即将所有膜片视为一个整体。膜片承受的载荷有以下几种：
　　2.1膜片承受的转矩
　　膜片联轴器传递转矩时，转矩是通过主动螺栓利用膜片元件带动从动螺栓，转矩在膜片中产生的沿螺栓分布圆切线方向的拉压力。扭矩使膜片产生的拉伸或压缩应力随工况而变化，但运行工况时，可看作不变应力。
　　2.2膜片承受的离心应力
　　膜片联轴器通常是安装在高速传动轴上，高转速机械的离心惯性力在结构应力计算中重要。由螺栓、垫圈等的质量产生的离心惯性力和由膜片组自身质量产生的离心惯性力方向均沿径向向外，使膜片组受到离心拉应力。膜片承受的离心应力随转速而有较大变化，但运行工况时，也可看作不变应力。
　　2.3膜片组的强迫位移
　　虽然膜片联轴器工作时，膜片组件传递的扭矩很大，但是实践证明：膜片联轴器的主要失效不是由膜片组件的传扭能力不足引起，而是膜片所受交变循环复合应力所致。而这种复合应力多是由膜片联轴器所联接的两轴不对中产生的附加载荷引起的。
　　2.3.1膜片联轴器的轴向偏移
　　膜片联轴器的轴向偏移K，受联轴器的规格以及螺栓数量影响，联轴器规格越大，所能承受的轴向偏移越大。轴向偏移会对膜片产生很大的应力，因此，为联轴器使用寿命的，要求安装时膜片之间尽可能紧密，膜片尽可能平整。同时，由于热胀冷缩而导致的设备轴向偏差考虑进去。对于双膜片式联轴器，联轴器轴向偏移经过中间体两边的膜片组平均后，膜片组的轴向偏移为膜片联轴器轴向偏移的一半。
　　2.3.2膜片联轴器的角向偏移
　　轴线角向的安装误差，使膜片沿轴线方向发生周期性弯曲变形，它是决定膜片疲劳寿命的主要因素。膜片联轴器角向偏移，较大的角向偏移将使膜片组承受很大的附加弯矩。对于双膜片式联轴器，膜片组的角向偏移是联轴器的角向偏移的一半。