联轴器膜片的承受载荷作用和运行过程

发布时间：2023-01-12

<一>、联轴器膜片的承受载荷作用

膜片组是联轴器膜片的主要弹性元件。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，故这里只研讨膜片的应力分析。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：

一、膜片组的强迫位移

虽然联轴器膜片工作时，膜片组件传递的扭矩很大，但是实践证明：联轴器膜片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联轴器膜片所联接的两轴不对中产生的附加载荷引起的。

二、联轴器膜片的轴向偏移

联轴器膜片的轴向偏移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，为确定联轴器使用寿命的长期，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需要考虑进去。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联轴器膜片轴向偏移的一半。

三、联轴器膜片的角向偏移

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。联轴器膜片角向偏移，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。

四、膜片承受的转矩

联轴器膜片传递转矩时，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，但运行工况一些时，可看作不变应力。

五、膜片承受的离心应力

联轴器膜片通常是安装在传动轴上，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大变化，但运行工况一些时，也可看作不变应力。

<二>、联轴器膜片运行过程

膜片在运行过程中受到的是拉应力和压应力，以及在三向位移补偿时产生的弯曲应力和高周循环疲劳应力。为了适应各种工况条件，理想的膜片材料应具有：高抗拉强度和疲劳强度；高不易腐蚀和抗微动磨损能力。

通过在各种载荷情况下对膜片进行静强度分析计算，可以判断所设计的膜片能否承受限度的载荷。从膜片的静强度分析结果可知，膜片的应力没有超过给定材料的屈服强度，但是在膜片所受的载荷中，拉力和角位移都是变化的载荷。结构或材料在受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然没有超过材料的强度限，甚至比弹性限度还低的情况下就可能发生破坏，疲劳破坏已经成为引起结构破坏的主要因素。因此，单单分析各种载荷情况下的静强度并不能确定一种设计方案是否正确，疲劳问题也是进行膜片设计时需要考虑的。利用有限元方法并借助于有限元分析计算软件对膜片进行静强度分析，可以比较准确地计算出各种载荷情况下膜片的应力、应变及位移状况。并且在静强度分析的基础上，再对联轴器膜片进行疲劳分析，看它能不能达到风电机组20年的寿命要求。

对膜片进行受力分析，膜片受到的载荷有：①扭距在膜片中产生的拉压力，②由轴线偏斜而引起的弯矩，③螺栓与膜片质量离心力，④膜片轴向位移引起的弹性推力，⑤螺栓预紧力。扭矩T使膜片产生的拉伸或压缩压力和质量离心力应力都随转速而变化。安装运行工况一些时，①、②、④、⑤均属于不变应力。弯矩M使膜片产生弹性推力，且在轴每转一圈时应力循环变换一次。联轴器膜片的主要失效不是由于膜片组件传扭能力不足，而是膜片和螺栓在交变循环复合应力作用下的疲劳所致。因此本章先计算膜片的强度，膜片的疲劳计算在下一章进行。

膜片承受的转矩主要靠主、从螺栓间膜片的拉压受力传递。为了简化计算，作以下基本假设：

一、假定每个主动螺栓所受的力相等，该力沿驱动方向；

二、在运行过程中，膜片端部保持平行。

三、仅考虑传递扭矩引起的应力。

四、不计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整体。