膜片聯(lián)軸器主要是由膜片組件、法蘭盤、兩端軸、中間軸和連接螺栓組成的傳動(dòng)裝置。目前常用金屬膜片結(jié)構(gòu) ,但在實(shí)際工作中會(huì)受到化工生產(chǎn)環(huán)境的影響 ,加速膜片的斷裂破壞 ,減少其使用壽命。學(xué)者運(yùn)用傳統(tǒng)的材料力學(xué)方法 和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 (有限元和優(yōu)化設(shè)計(jì) ) 致力于金屬膜片應(yīng)力和壽命分析。筆者用 ANSYS有限元程序計(jì)算了給設(shè)計(jì)復(fù)合材料膜片聯(lián)軸器提供一個(gè)、合理的依據(jù)。

力學(xué)模型簡(jiǎn)化

取復(fù)合膜片的 1 /4 進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算,不計(jì)各膜片間微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的表面剪切和積壓 ,認(rèn)為外載荷平均分布在 6組膜片中 ,每片承受其中的 1 /6,不考慮橫向振動(dòng)產(chǎn)生的相對(duì)較小的慣性應(yīng)力。

在取出的 1 /4膜片邊緣截面上采用固定約束處理;中間螺栓孔處根據(jù)不同工況分別固定徑向位移并根據(jù)工作參數(shù)給定軸向位移; 小孔邊緣采

用剛性域 (加固 ) 處理。膜片內(nèi)外環(huán)邊自由。具體計(jì)算工況可分為 4種情況。

1轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力

一側(cè)轉(zhuǎn)矩 T產(chǎn)生的力平均分布在 4個(gè)間隔相同的螺栓孔上, P = T / ( 4 r) 在所取的 1 /4 膜片上 , 該力沿周向作用于中間螺栓孔一側(cè)中部 ,固定徑向位移和軸向位移。

2  離心慣性力產(chǎn)生的離心慣性應(yīng)力

高轉(zhuǎn)速機(jī)械的離心慣性力在結(jié)構(gòu)的應(yīng)力計(jì)算中重要 ,該聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速為 n = 2 960 r/m in, 其離心慣性力可以按徑向力 f = ( 2πn / 60 ) 2 ρr加載, 方向沿徑向向外 , 固定中間螺栓孔的徑向位移、周向位移和軸向位移 , 周邊無(wú)其他載荷作用。

3軸向安裝誤差引起的彎曲應(yīng)力

由于軸線方向的實(shí)際安裝誤差 ,膜片沿軸線方向發(fā)生彎曲變形 ,當(dāng)軸向位移偏差較大時(shí) ,該彎曲變形產(chǎn)生的應(yīng)力在膜片的應(yīng)力分析中重要。計(jì)算時(shí)按技術(shù)要求給定軸向位移偏差為 [ X ]=2. 8mm , 中間軸兩側(cè)分別為 1. 4mm , 該位移加載在中間螺栓孔處的軸線方向 ,徑向位移和軸向位移固定。

4角向安裝誤差引起的彎曲應(yīng)力 (周期性應(yīng)力 )由于軸線角向的實(shí)際安裝誤差 ,膜片沿軸線方向發(fā)生周期性彎曲變形 ,當(dāng)角向位移偏差較大時(shí) ,該彎曲變形產(chǎn)生的應(yīng)力在膜片的應(yīng)力分析中重要 ,而且它是決定膜片疲勞壽命的主要因素。計(jì)算時(shí)按技術(shù)要求給定角向位移偏差 2°,中間軸兩側(cè)分別為 1°,根據(jù)角向偏差計(jì)算所引起的中間螺栓孔一周在軸線方向的 (沿徑向線性變化 )位移 ,徑向位移和軸向位移固定。