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膜片联轴器的动静复合应力分析

2021-03-03 14:56:58

金属挠性膜片联轴器的动静复合应力分析

由于轴线间的角向不对中,联轴器旋转时膜片内将产生交变应力,引起疲劳问题。以工程中常见的束腰型膜片联轴器为例,利用有限元软件ANSYS建模,将瞬态动力学方法引入膜片联轴器承受复杂载荷时的应力分析,以模拟其“旋转”状态,研究了转速对于膜片动静复合应力的影响,尤其是对于应力幅的影响,为膜片应力分析提供了一种的方法。

金属挠性膜片联轴器是一种以金属挠性元件来传递转矩而无需润滑的传动装置,广泛应用于舰船、航空、石油化工、机械制造等。其挠性元件是由数量的薄金属膜片(0.2mm~0.6mm)叠合而成的膜片组。工作时转矩从主动法兰盘输入,经过沿圆周间隔布置的主动传扭精 密螺栓将转矩传输至金属膜片,再由膜片通过从动精 密螺栓传至从动法兰盘输出。它通过合金膜片组产生弹性变形来实现联轴器的挠性传动,利用膜片的柔性来吸收输入输出轴间的相对位移,从而补偿传动轴系各个连接部分由于各种因素引起的残余不对中般情况下,膜片承受的预变形是小变形,采用小挠度薄板弯曲理论来处理。另外,由于多层膜片之间的相互接触作用导致其轴向刚度存在非线性特性,应用有限元方法进行分析时需要考虑接触状态非线性,这将使得计算不容易收敛。

实际上我们在对膜片联轴器进行应力分析时,可不计各膜片间微小的相对运动产生的表面剪切,假设膜片组在变形时每片中的应力分布是相同的,膜片组承载的离心力和转矩平均分配到每层膜片上。在该假设成立的前提下,利用单片膜片来对整个膜片组进行应力分析,将及大地简化计算如前所述膜片联轴器较一般的工作状态是其连接的两轴轴线同时存在角向、轴向和横向偏移的情况。其中,横向不对中通常采用带中间轴的双膜片联轴器转化为角向不对中来实现补偿。因此,对单个膜片联轴器而言,其变形仅是由轴向和角向不对中引起。轴向不对中的变形相对比较简单,由于主动孔固定在主动轴法兰盘上,那么固连于从动轴法兰盘上的从动孔沿轴向平行移动的距离即为轴向变形量。下面将重 点分析角向不对中工况下膜片联轴器的变形。

(1)通过有限元建模,采用瞬态动力学方法模拟膜片联轴器的“旋转”状态以获得膜片的动静复合应力,为膜片应力分析提供了一种的方法,为进一步的强度校核和疲劳寿命分析打下了良好的基础。(2)在计算中我们发现,转速对于膜片的平均应力和应力幅都有较大影响,而对于膜片疲劳寿命影响比较大的是动应力部分,即因角向偏移而产生的应力。所以要提高产品的寿命,在设计制造和安装的时候须要考虑尽量减小角向的安装偏差。