彈性膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及壓力作用

　　彈性膜片聯(lián)軸器能傳遞大功率、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、不需潤滑并能補償軸向、徑向和角向位移，適于在高速大功率機(jī)組上使用。風(fēng)電機(jī)組增速齒輪箱高速軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的連接采用膜片聯(lián)軸器，膜片是膜片聯(lián)軸器的關(guān)鍵部件，為了滿足風(fēng)電機(jī)組的長時間可靠運行要求，對膜片進(jìn)行強(qiáng)度疲勞分析。

　　膜片聯(lián)軸器主要由左右半聯(lián)軸器、膜片組、中間體等零部件組成。其工作原理為：轉(zhuǎn)矩從左半聯(lián)軸器輸入，經(jīng)主動高強(qiáng)度螺栓傳輸至膜片組，膜片組再通過從動高強(qiáng)度螺栓將轉(zhuǎn)矩傳至中間體，同樣轉(zhuǎn)矩通過另一端的膜片組、高強(qiáng)度螺栓及右半聯(lián)軸器輸出。膜片常用的結(jié)構(gòu)有輪輻式、圓環(huán)式、連桿式、多邊式和束腰式。安裝在風(fēng)電機(jī)組中的膜片聯(lián)軸器，要考慮風(fēng)機(jī)的運行條件、可靠性、安裝、剎車和測速等要求。通常與齒輪箱高速軸聯(lián)接的左半聯(lián)軸器采用平鍵聯(lián)軸器，并配有測速盤和剎車盤；膜片采用四連桿束腰型，并且單個膜片厚度為3mm左右；中間體采用絕緣的玻璃纖維樹脂結(jié)構(gòu)，并配有力矩限制器；與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸聯(lián)接的右半聯(lián)軸器采用無鍵聯(lián)軸器。

　　膜片聯(lián)軸器膜片應(yīng)力出現(xiàn)在受拉兩孔的中部，主要是因為螺栓孔處受載大，受力面積小，而且在有孔的地方容易引起應(yīng)力集中。同時可以知道是由拉力引起應(yīng)力出現(xiàn)在螺栓孔中部。計算結(jié)果表明，應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度，所以膜片的強(qiáng)度滿足要求。

　　由預(yù)緊力引起的應(yīng)力主要在膜片與墊片接觸的區(qū)域。由軸向和角向位移引起的應(yīng)力位置出現(xiàn)在膜片與墊片接觸的邊緣點。但該處的應(yīng)力比螺栓孔中部的應(yīng)力要小得多。說明由扭矩和離心力引起的拉力比軸向和角向位移對膜片的強(qiáng)度影響大。

　　在壓力作用下，構(gòu)件容易失穩(wěn)，失穩(wěn)后扭矩全由拉桿承受，會增大膜片的應(yīng)力甚至失效，所以對膜片進(jìn)行屈曲分析很有必要，如果發(fā)生屈曲則要對膜片的結(jié)構(gòu)及布局進(jìn)行重新設(shè)計。膜片的作用下，用MSC。Nastran做屈曲分析，得到膜片的安全系數(shù)。本膜片聯(lián)軸器的膜片為雙層結(jié)構(gòu)，安全系數(shù)為3.5，所以膜片不會發(fā)生屈曲。

　　從靜強(qiáng)度分析結(jié)果可知，膜片的應(yīng)力沒有超過給定材料的屈服強(qiáng)度，但是在膜片所受的載荷中，拉力和角位移都是變化的載荷。結(jié)構(gòu)或材料在受到多次重復(fù)變化的載荷作用后，應(yīng)力值雖然沒有超過材料的強(qiáng)度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞，疲勞破壞已經(jīng)成為引起結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。因此對膜片進(jìn)行疲勞分析，看它能不能滿足風(fēng)電機(jī)組20年的壽命要求。

　　本分析中采用MSC。Fatigue做疲勞壽命計算。膜片聯(lián)軸器對于循環(huán)應(yīng)力水平低，壽命長的情況，分析宜采用全壽命分析方法，即S-N法，全壽命分析采用雨流循環(huán)計數(shù)法和Palmgren-Miner線性累積損傷理論CMiner理論))。在分析過程中給定材料的性能和處理方式，并且把有限元強(qiáng)度分析的結(jié)果與載荷時間歷程相關(guān)聯(lián)。膜片所受的載荷中拉力和角位移是變化的，所以分析中其它載荷為靜載荷，拉力和角位移則根據(jù)實際受載情況編制載荷時間歷程。平均應(yīng)力修正采用比較保守的Goodman曲線法。

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