金屬撓性膜片聯(lián)軸器(簡稱“膜片聯(lián)軸器”), 是一種以金屬撓性元件來傳遞轉(zhuǎn)矩而無需潤滑的傳動裝置, 廣泛應(yīng)用于艦船、航空、石油化工、機(jī)械制造等領(lǐng)域。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。工作時轉(zhuǎn)矩從主動法蘭盤輸入, 經(jīng)過沿圓周間隔布置的主動傳扭精密螺栓將轉(zhuǎn)矩傳輸 金屬膜片, 再由膜片通過從動精密螺栓傳 從動法蘭盤輸出。它通過高強(qiáng)度合金膜片組產(chǎn)生彈性變形來實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸器的撓性傳動, 利用膜片的柔性來吸收輸入輸出軸間的相對位移, 從而補(bǔ)償傳動軸系各個連接部分由于各種因素引起的殘余不對中。
膜片聯(lián)軸器能夠補(bǔ)償?shù)牟粚χ行问桨ㄈ缦?種基本類型:角向(兩軸 線成 角度交于兩軸端之間的中點(diǎn))、橫向(兩軸 線平行偏移)和軸向(兩軸軸向 過大)。旋轉(zhuǎn)軸系運(yùn)行時出現(xiàn)的實(shí)際偏移往往是以上任意2種不對中的組合或者同時兼有3 種不對中形式, 因此膜片聯(lián)軸器實(shí)際工作時的載荷及變形比較復(fù)雜。
當(dāng)膜片聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時, 其角向偏移將產(chǎn)生交變應(yīng)力, 每旋轉(zhuǎn)一周循環(huán)交變一次。膜片動應(yīng)力將導(dǎo)致膜片和螺栓的疲勞破壞, 因而準(zhǔn)確地計算動靜復(fù)合應(yīng)力, 是預(yù)測膜片聯(lián)軸器壽命、 膜片聯(lián)軸器可靠工作的關(guān)鍵。已有的相關(guān)研究多限于分析膜片在單獨(dú)承受某一種載荷時的應(yīng)力分布情況, 而對于膜片實(shí)際承受復(fù)雜載荷時的動靜復(fù)合應(yīng)力較少涉及。
認(rèn)為相鄰兩螺栓孔之間的膜片段可等效為懸臂梁, 并利用材料力學(xué)的方法推導(dǎo)出連桿型膜片聯(lián)軸器在單獨(dú)承受轉(zhuǎn)矩、離心載荷、軸向偏移以及角向偏移時膜片內(nèi)部應(yīng)力的計算公式, 同時提出了一種計算膜片扭轉(zhuǎn)剛度的方法, 是運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式來分析膜片應(yīng)力和剛度的典型方法, 但是其 大的不足是無法考慮螺栓孔周圍區(qū)域應(yīng)力集中效應(yīng)的影響 , 導(dǎo)致計算應(yīng)力與實(shí)際應(yīng)力有較大的差距。
比較典型的運(yùn)用有限元法和薄板彎曲理論對膜片應(yīng)力和疲勞壽命開展的研究。其共同點(diǎn)是 先分析膜片在各種單獨(dú)工況下的應(yīng)力, 將表1 中前3 種靜態(tài)應(yīng)力(軸向彎曲應(yīng)力、膜片應(yīng)力、離心應(yīng)力)的組合應(yīng)力作為膜片的平均應(yīng)力, 將旋轉(zhuǎn)時角向偏移引起的應(yīng)力作為交變應(yīng)力幅, 應(yīng)用靜力學(xué)分析分別求得平均應(yīng)力和交變應(yīng)力幅, 然后基于此結(jié)果進(jìn)行疲勞分析。
然而上述研究方法有兩點(diǎn)需要改進(jìn):
1)一般說來, 靜態(tài)組合應(yīng)力的分布和角向彎曲應(yīng)力的分布是不同的。兩種情況下 大應(yīng)力點(diǎn)分布的區(qū)域嚴(yán)格說來并不重合。
2)旋轉(zhuǎn)除了產(chǎn)生離心力, 還會產(chǎn)生慣性力。將 大角向偏移產(chǎn)生的應(yīng)力作為交變應(yīng)力幅實(shí)際上是忽略了慣性力的影響。

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