冗余結(jié)構(gòu)強度分析

扭矩載荷作用下內(nèi)外齒的相對位移除了角向偏轉(zhuǎn)之外，扭矩載荷對內(nèi)外齒的相對位移也起到了主要影響，膜盤傳遞扭矩載荷時外齒的周向。以膜盤外圍為參考，當膜盤受到扭矩載荷T時，中間軸會由于膜盤的形變而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度β，從而產(chǎn)生相應的周向位移S，由于此位移是由膜盤形變產(chǎn)生的，故此處的位移是指膜盤外圍與同側(cè)外齒之間的相對位移，即花鍵內(nèi)外齒相對位移。

由于膜盤聯(lián)軸器是對稱結(jié)構(gòu)，因此有限元分析時只需得出一側(cè)的相對位移即可，建立有限元模型后，對膜盤外圍進行約束，在中間軸的另一端施加允許的大扭矩載荷，齒處的周向位移為0.2mm左右。因此，在扭矩載荷作用下內(nèi)外齒的齒側(cè)間隙應大于該位移，考慮到安裝及制造誤差，因此將齒側(cè)隙也取為0.mm。

根據(jù)上述對冗余結(jié)構(gòu)花鍵內(nèi)外齒的間隙設計的分析結(jié)果，以及之前設計的中間軸結(jié)構(gòu)尺寸，并參照膜盤結(jié)構(gòu)，得出冗余結(jié)構(gòu)與膜盤的裝配圖如圖-所示，而護板及花鍵的結(jié)構(gòu)尺寸仍需要通過強度分析之后才能得出。

由于本文所設計的冗余結(jié)構(gòu)屬于非工作冗余，故只有當膜盤破損失效時，該結(jié)構(gòu)才會傳遞扭矩，因此有先分析膜盤的破損狀態(tài)以及膜盤破損后冗余結(jié)構(gòu)的受載情況，隨后對該結(jié)構(gòu)傳遞扭矩時的狀態(tài)進行強度分析。

3.1膜盤破損狀態(tài)及冗余結(jié)構(gòu)受載情況分析

對于膜盤的失效，從3.中得出的結(jié)論中可知，其斷裂失效位置一般發(fā)生在膜盤厚度薄處。由于受到的扭矩載荷很大，當膜盤某處開裂后，整個膜盤盤面便會在短時間內(nèi)沿開裂處繼續(xù)破損，直到膜盤從與法蘭固定的輪轂處脫落，從而失效。此時冗余結(jié)構(gòu)開始代替膜盤傳遞扭矩，即扭矩直接通過輸入端法蘭傳遞到護板上，護板與中間軸上的齒開始嚙合，從而通過中間軸傳遞到輸出端。

冗余結(jié)構(gòu)傳遞扭矩時的受載情況，其特征主要集中在花鍵內(nèi)外齒的嚙合上，由于所采用的花鍵的齒廓為漸開線，其受載時齒上有徑向力，能起到自動定心作用，故冗余結(jié)構(gòu)在傳遞扭矩時，花鍵內(nèi)外齒的中心通常是重合的。

考慮到冗余結(jié)構(gòu)在受到角向載荷或者沖擊載荷時，由于內(nèi)外齒的間隙相對較大，內(nèi)外齒之間的嚙合不可避免的會產(chǎn)生偏心或者傾斜。但是由于這種狀態(tài)的瞬時性，以及冗余結(jié)構(gòu)此時在整個聯(lián)軸器中所起的緩沖作用，因此不必對這種狀態(tài)具體進行深入分析，而是通過冗余結(jié)構(gòu)的系數(shù)來滿足其強度要求。

其大應力發(fā)生在護板花鍵齒的根部，說明齒根處的過渡形式對其強度的影響較大，因此，從結(jié)構(gòu)改進的思路上出發(fā)，需對不同的齒根過渡形式進一步探究。此外，對于漸開線花鍵而言，模數(shù)也是影響強度的一個重要因素，探究模數(shù)與應力的關(guān)系，其分度圓直徑要一致。對于模數(shù)而言，根據(jù)中間軸的直徑，可將齒的模數(shù)定為、3、2.三種進行應力計算，而為了探究齒根過渡形式的影響，可將花鍵齒分為平齒根和圓齒根兩種形式。圓齒根漸開線花鍵比平齒根漸開線花鍵的強度要高很多，因此冗余結(jié)構(gòu)可以采用圓齒根漸開線花鍵來提升其系數(shù)。同時隨著模數(shù)的減小，齒數(shù)的增加，兩種齒根過渡形式所受的應力均有所減小，因此可以適當降低模數(shù)，增加齒數(shù)，使冗余結(jié)構(gòu)受載均勻，但模數(shù)也受齒間間隙等其他因素的影響，故并不是越小越好。在本設計中，由于考慮到模數(shù)的改變對其應力的影響較小，同時為了制造方便，因此選用模數(shù)為的圓齒根漸開線花鍵即可。