金屬撓性膜片聯(lián)軸器的動(dòng)靜復(fù)合應(yīng)力分析

由于軸線間的角向不對(duì)中，聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)膜片內(nèi)將產(chǎn)生交變應(yīng)力，引起疲勞問(wèn)題。以工程中常見(jiàn)的束腰型膜片聯(lián)軸器為例，利用有限元軟件ANSYS建模，將瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)方法引入膜片聯(lián)軸器承受復(fù)雜載荷時(shí)的應(yīng)力分析，以模擬其“旋轉(zhuǎn)”狀態(tài)，研究了轉(zhuǎn)速對(duì)于膜片動(dòng)靜復(fù)合應(yīng)力的影響，尤其是對(duì)于應(yīng)力幅的影響，為膜片應(yīng)力分析提供了一種的方法。

金屬撓性膜片聯(lián)軸器是一種以金屬撓性元件來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩而無(wú)需潤(rùn)滑的傳動(dòng)裝置，廣泛應(yīng)用于艦船、航空、石油化工、機(jī)械制造等。其撓性元件是由數(shù)量的薄金屬膜片(0．2mm～0．6mm)疊合而成的膜片組。工作時(shí)轉(zhuǎn)矩從主動(dòng)法蘭盤(pán)輸入，經(jīng)過(guò)沿圓周間隔布置的主動(dòng)傳扭精 密螺栓將轉(zhuǎn)矩傳輸至金屬膜片，再由膜片通過(guò)從動(dòng)精 密螺栓傳至從動(dòng)法蘭盤(pán)輸出。它通過(guò)合金膜片組產(chǎn)生彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸器的撓性傳動(dòng)，利用膜片的柔性來(lái)吸收輸入輸出軸間的相對(duì)位移，從而補(bǔ)償傳動(dòng)軸系各個(gè)連接部分由于各種因素引起的殘余不對(duì)中般情況下，膜片承受的預(yù)變形是小變形，采用小撓度薄板彎曲理論來(lái)處理。另外，由于多層膜片之間的相互接觸作用導(dǎo)致其軸向剛度存在非線性特性，應(yīng)用有限元方法進(jìn)行分析時(shí)需要考慮接觸狀態(tài)非線性，這將使得計(jì)算不容易收斂。

實(shí)際上我們?cè)趯?duì)膜片聯(lián)軸器進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，可不計(jì)各膜片間微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的表面剪切，假設(shè)膜片組在變形時(shí)每片中的應(yīng)力分布是相同的，膜片組承載的離心力和轉(zhuǎn)矩平均分配到每層膜片上。在該假設(shè)成立的前提下，利用單片膜片來(lái)對(duì)整個(gè)膜片組進(jìn)行應(yīng)力分析，將及大地簡(jiǎn)化計(jì)算如前所述膜片聯(lián)軸器較一般的工作狀態(tài)是其連接的兩軸軸線同時(shí)存在角向、軸向和橫向偏移的情況。其中，橫向不對(duì)中通常采用帶中間軸的雙膜片聯(lián)軸器轉(zhuǎn)化為角向不對(duì)中來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。因此，對(duì)單個(gè)膜片聯(lián)軸器而言，其變形僅是由軸向和角向不對(duì)中引起。軸向不對(duì)中的變形相對(duì)比較簡(jiǎn)單，由于主動(dòng)孔固定在主動(dòng)軸法蘭盤(pán)上，那么固連于從動(dòng)軸法蘭盤(pán)上的從動(dòng)孔沿軸向平行移動(dòng)的距離即為軸向變形量。下面將重 點(diǎn)分析角向不對(duì)中工況下膜片聯(lián)軸器的變形。

(1)通過(guò)有限元建模，采用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)方法模擬膜片聯(lián)軸器的“旋轉(zhuǎn)”狀態(tài)以獲得膜片的動(dòng)靜復(fù)合應(yīng)力，為膜片應(yīng)力分析提供了一種的方法，為進(jìn)一步的強(qiáng)度校核和疲勞壽命分析打下了良好的基礎(chǔ)。(2)在計(jì)算中我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速對(duì)于膜片的平均應(yīng)力和應(yīng)力幅都有較大影響，而對(duì)于膜片疲勞壽命影響比較大的是動(dòng)應(yīng)力部分，即因角向偏移而產(chǎn)生的應(yīng)力。所以要提高產(chǎn)品的壽命，在設(shè)計(jì)制造和安裝的時(shí)候須要考慮盡量減小角向的安裝偏差。