隨著現(xiàn)代裝備制造技術(shù)的高速發(fā)展，對膜片聯(lián)軸器的要求也越來越高。泊頭市鑫程機(jī)械公司生產(chǎn)的膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片用螺栓交錯地與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成。膜片聯(lián)軸器靠膜片的彈性變形來補(bǔ)償所聯(lián)兩軸的相對位移，是一種的金屬元件撓性聯(lián)軸器，不用潤油，結(jié)構(gòu)較緊湊，，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響，具有耐酸、耐堿的特點(diǎn)，適用于高溫、高速、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動。

2聯(lián)軸器有限元模型的建立

    膜片聯(lián)軸器的三維模型是運(yùn)用Pro/F:軟件建立的，根據(jù)模型的特點(diǎn)，需要對聯(lián)軸器模型進(jìn)行合理的簡化。包括忽略各處的螺紋，以及忽略大多數(shù)的圓角，簡化后的幾何模型，如圖1所示。然后通過IGES文件格式，將其導(dǎo)入到ANSYS軟件中。選用SMOOTH選項(xiàng)對于輸人ICES文件進(jìn)行處理，并采用SWEEP對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通過上述建模方法，可以省去大量的建模時間，而且建立的幾何模型接近實(shí)體。

    為了提高仿真計(jì)算的精度，需采用六面體單元，即采用SOLID45單元來模擬整個聯(lián)軸器模型。在發(fā)生接觸的各個面都設(shè)置相應(yīng)的接觸單元，分別用Targe170來模擬目標(biāo)面，用Conta 174來模擬接觸面，并將罰剛度比例系數(shù)FKN設(shè)為1，將拉格朗日乘子侵人比例系數(shù)設(shè)為0.3。聯(lián)軸器材料參數(shù):鋼結(jié)構(gòu)件彈性模量E=210000MPa，泊松比v=0.29，密度p=7.9x 10g/mm3;膜材料材的彈性模量E=160000MPa，泊松比v=0.28，密度p=1.6x 10g/mm'，屈服應(yīng)力860MPa，硬度參數(shù)K=910MPa，硬度指數(shù)n=0.6. 3靜力學(xué)仿真分析

    在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析時，根據(jù)圣維南理論，可以用等效集中載荷代替靜力分布載荷添加在模型上，這種處理方法對整個結(jié)構(gòu)的性能影響可以忽略不計(jì)。在工作平面的坐標(biāo)原點(diǎn)處建立局部柱坐標(biāo)系，并將模型中的所有節(jié)點(diǎn)都轉(zhuǎn)移到該坐標(biāo)系中。將一端面端面定義全自由度約束，在另一端質(zhì)心處施加(0-1000)Nm的扭矩載荷。仿真計(jì)算后結(jié)果，如圖2一圖4所示。從圖2可以看出，聯(lián)軸器的變形區(qū)域主要集中在圓盤外邊緣、和螺栓上，變形形式主要是徑向膨脹，這主要是由離心力引起的。整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布較均勻，而大應(yīng)力分布在聯(lián)軸器的受力端部。由圖3可知，由于離心力的作用，螺栓件的外邊緣變形較大;螺栓與膜片接觸的區(qū)域大部分的應(yīng)力值月為100MPa，大應(yīng)力值在107MPa以上。由應(yīng)力云圖可知該膜片聯(lián)軸器的主要失效形式是螺螺栓件被壓潰或剪斷。因此、在螺栓的選型時，應(yīng)大應(yīng)力要求。由圖4可知，膜片的大變形發(fā)生在與螺栓接觸的區(qū)域，而且整體變形比較均勻。膜片大應(yīng)力為123.227 MPa，發(fā)生在與螺栓接觸地方，整體應(yīng)力分布均勻。

4整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

    膜片聯(lián)軸器在工作過程中，會受到來自傳動系統(tǒng)振動引起的激勵。當(dāng)這些外界激勵與聯(lián)軸器系統(tǒng)固有頻率接近時，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象。為了避免共振產(chǎn)生，需對聯(lián)軸器進(jìn)行模態(tài)分析，確定結(jié)構(gòu)的固有頻率，從而為系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和預(yù)報以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在模態(tài)分析中，的約束和載荷是零位移約束，其他載荷可以在模態(tài)分析中指定，但在模態(tài)提取時將被忽略?？紤]到聯(lián)軸器繞軸旋轉(zhuǎn)，所以

在聯(lián)軸器有限元模型的兩端面施加全自由度約束。由于聯(lián)軸器系統(tǒng)較低的幾階固有頻率對其動態(tài)響應(yīng)的影響大，因此在分析中只需了解前幾階固有頻率。利用ANSYS中Block Lanczos方法，求解聯(lián)軸器前5階的固有頻率和相應(yīng)振型，如圖5所示。在仿真的過程中可以看出，聯(lián)軸器的振動主要集中在膜片上，振動形式與振幅大小主要取決膜片的彈性特性。該型膜片聯(lián)軸器主要用于發(fā)動機(jī)與減速器的連接，當(dāng)發(fā)動機(jī)引起的激振頻率與聯(lián)軸

器的固有頻率相同時，就會造成共振現(xiàn)象的發(fā)生。

    采用單缸4沖程柴油發(fā)動機(jī)作為激振源，該發(fā)動機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)Z分，高轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)汾。通過計(jì)算可得該發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火激振頻率為5Hz，高轉(zhuǎn)速時引起的激振頻率為20.83Hz。通過對聯(lián)軸器自由模態(tài)的仿真計(jì)算，可知聯(lián)軸器前五階固有頻率范圍為(4334-7114)Hz，避開了發(fā)動機(jī)的激振頻率。還采用窄帶白噪聲果((0-150)Hz激振法對物理樣機(jī)進(jìn)行測試，并采用DP16型信號采集處理系統(tǒng)對聯(lián)軸器系統(tǒng)進(jìn)行共振點(diǎn)測試，聯(lián)軸器頻譜圖，如圖6所示。從圖中可得聯(lián)軸器共振頻率為15Hz和125Hz，說明在仿真計(jì)算的(4334-7114)Hz范圍內(nèi)沒有共振點(diǎn)，從而說明了仿真模型正確性和聯(lián)軸器方案設(shè)計(jì)的合理性。

5結(jié)論

    通過對膜片聯(lián)軸器整體結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，該聯(lián)軸器的應(yīng)力分布、變形結(jié)果和固有頻率，并采用窄帶白噪聲激振法對物理樣機(jī)進(jìn)行測試。結(jié)果表明仿真計(jì)算結(jié)果與測試結(jié)果相吻合，從而說明了仿真結(jié)果的性和聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。