联轴器膜片的应力分析同疲劳寿命

发布时间：2023-02-03

一、联轴器膜片的应力分析

联轴器膜片的转子一轴承系统的不平衡响应。起先利用高斯消去法，求解系统在不平衡量的作用下所引起的强迫振动：分析了各结点的不平衡响应。然后以对称布置的联轴器膜片祸合的多跨转子一轴承系统为对象，通过数值模拟分别分析了联轴器膜片的刚度和转子的不对中对系统不平衡响应的影响；详细分析了不对中状态下，系统支承处的不平衡响应随转速的变化，主要结论如下：

1、当系统通过临界转速区域时，转子的不对中量对系统的不平衡响应有显著影响，然而在工作转速处，这种影响变小。

2、对于对称的转子一轴承系统，当联轴器膜片径向刚度等于某些值时，其转角刚度对系统的不平衡响应影响很大。联轴器膜片的径向刚度时，转角刚度决定了其隔振效果。当k，小时有显著的隔振功能。随着k，的增大，其隔振效果在逐渐下降。通过分析表明联轴器膜片的转角刚度是影响其隔振效果的一个重要因素。

对于膜片型联轴器的应力分析：

1、轴向位移引起的弯曲应力由于在轴线方向上的安装误差，使膜片沿轴线方向发生弯曲变形，通过轴向位移的大小可以求出轴向力的大小。

2、离心应力假定螺栓与膜片材料相同，可计算出各自的质量，根据所处的位置和螺旋角度，可算得离心力，且作用在总质心上。

3、径向、角向位移引起的弯曲应力由于在轴线角向上的安装实际误差，使膜片沿轴线方向发生周期性弯曲变形，而且它是决定联轴器膜片疲劳寿命的主要因素，通过角度倾斜可以求出回复力矩的大小。

4、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，沿螺栓分布圆切线方向传递的。忽略膜片间微小的相对运动，认为各膜片均匀承担转矩。在联轴器膜片传递转矩时膜片平面受力，带有阴影部分的圆表示主动端输入，空白圆表示从动端输出。

5、膜面应力(转矩应力，设传递转矩为T(N0m)，总片数为m，对于8孔螺栓，由简化条件知，T单片=Tlm，每个主螺栓上所受的力为F=Tl4mR。

二、联轴器膜片的疲劳寿命

由于联轴器膜片及挠性筒的材料为钛合金，因此随着舰船对膜片、筒形联轴器的需求增大，对钛合金材料的需求也越来越大。目前存在问题有以下几方面：

一、由于钛合金价格本身就较贵，而且膜片锻件对钛合金要求较不错，需要通过很多工序才能达到要求，再加上膜片锻件在锻造和热处理过程中废品率居高不下，导致用于加工膜片的钛合金价格高，在一段时间内价格较不错曾达到1500元左右/kg，目前价格也在1000元左右/kg，这样直接导致了联轴器膜片的成本提升，对联轴器膜片的推广起到了制约作用。

二、由于钛合金膜片在加工过程中难度大，加工过程中废品率不错，从而也导致钛合金联轴器膜片的制造成本居高不下。

三、膜片材料(TC4)的强度，锻件生产过程中需要对其进行固溶相寸效处理，由于膜片锻件直径很大而厚度小，锻件外径一般在φ600mm以上，目前可达到φ900mm，而锻件厚度只有50mm左右，因此在进行热处理过程中很容易引起锻件变形大，造成锻件报废。

四、作为膜片锻件，设计方一般要求锻造厂出厂锻件平面度要求高，有些厂家为了达到锻件出厂平面度的要求，在热处理时或热处理后通过机械手段来强行控制锻件变形，这样使得锻件本身有很大的内应力存在，结果在加工中出现应力释放现象，造成锻件变形很大，导致锻件在加工中报废。

五、为了提升膜片的疲劳寿命，用于加工膜片的TC4锻件对高、低倍组织的等级要求高，因此国内很多钛合金生产厂家都无法达到此项要求。例如，我所曾经在某有色金属加工厂采购过18件TC4锻件，但较终由于高倍组织不达到要求而造成锻件报废。