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膜片联轴器的运作与分析

发布时间:2020-05-22  发布者:鑫研传动
内容摘要:当膜片联轴器旋转时,其角向偏移将产生交变应力,每旋转一周循环交变一次。膜片动应力将导致膜片和螺栓的疲劳破坏,因而准确地计算动静复合应力,是预测膜片联轴器寿命、保障膜片式联轴器可靠工作的关键。

当膜片联轴器旋转时,其角向偏移将产生交变应力,每旋转一周循环交变一次。膜片动应力将导致膜片和螺栓的疲劳破坏,因而准确地计算动静复合应力,是预测膜片联轴器寿命、保障膜片式联轴器可靠工作的关键。

已有的相关多限于分析膜片在单承受某一种载荷时的应力分布情况,而对于膜片实际承受复杂载荷时的动静复合应力较少涉及。

相邻两螺栓孔之间的膜片段可等效为悬臂梁,并利用材料力学的方法推导出连杆型膜片联轴器在单承受转矩、离心载荷、轴向偏移以及角向偏移时膜片内部应力的计算公式,同时提出了一种计算膜片扭转刚度的方法,是运用经验公式来分析膜片应力和刚度的典型方法,但是其不足是无法考虑螺栓孔周围区域应力集中效应的影响,导致计算应力与实际应力有较大的差距。

膜片联轴器是一种以金属挠性元件来传递转矩而无需润滑的传动装置,广泛应用于舰船、航空、石油化工、机械制造等领域。其挠性元件是由数量的薄金属膜片0.2mm~0.6mm叠合而成的膜片组。工作时转矩从主动法兰盘输入,经过沿圆周间隔布置的主动传扭螺栓将转矩传输至金属膜片,再由膜片通过从动螺栓传至从动法兰盘输出。它通过高强度合金膜片组产生弹性变形来实现联轴器的挠性传动,利用膜片的柔性来吸收输入输出轴间的相对位移,从而补偿传动轴系各个连接部分由于各种因素引起的残余不对中。

膜片联轴器能够补偿的不对中形式包括如下3种基本类型:角向(两轴线成角度交于两轴端之间的中点)、横向(两轴线平行偏移)和轴向(两轴轴向间隙过大)。旋转轴系运行时出现的实际偏移往往是以上任意2种不对中的组合或者同时兼有3种不对中形式,因此膜片联轴器实际工作时的载荷及变形比较复杂。

膜片联轴器主要由左右半联轴器、膜片组、中间体、螺栓、防松螺母、垫块等零部件组成,常见结构。其工作原理为:转矩从左半联轴器输入,经主动高强度螺栓传输至膜片组,膜片组再通过从动高强度螺栓将转矩传至中间体,同样转矩通过另一端的膜片组、高强度螺栓及右半联轴器输出。膜片常用的结构有轮辐式、圆环式、连杆式、多边式、束腰式。轮幅式和连杆式是早期的形式,圆环式比较简单,但柔性差,目前常用的还是多边式和束腰式。特别是束腰式接近等强度,柔性好,螺栓孔周围应力低,离心力小,去除多余质量,转速还可提高。据企业现场调研目前大多选用束腰式膜片。膜片厚度为0.2-0.6mm,膜片组由数量的膜片重叠而成。

膜片联轴器兼有刚性联轴器(如齿轮联轴器)和弹性联轴器(如弹性套柱销联轴器)的优点,与齿式联轴器比较:

一、膜片式是借助于元件自身的挠曲来适应轴线的不对中,因而避免了齿式联轴器的齿面的相对滑移或滚动摩擦接触,故无需润滑,省去了复杂滑油系统;

二、使用寿命长;

三、不对中适应能力大,通常可达齿式的十倍;

四、轴向推力小,只有齿式的几分之一。

对膜片联轴器分析包括以下几方面的内容:

一、对膜片进行优化分析,以较佳的膜片结构。

二、按照膜片联轴器的受载情况,对膜片联轴器进行设计,建立风力发电机组高速膜片联轴器的实体几何模型。

三、为膜片建立两种不同单元的有限元模型:四面体和六面体单元,进行对比分析,选择较优的一种模型进行强度分析。计算了膜片在承受各种载荷情况下的变形和应力大小及其分布,进而对它们进行了限强度校核和结果分析,保障不同工况下联轴器的轴向、径向和角偏移量满足设计要求。

四、对膜片进行疲劳寿命分析,以机组的正常运行和使用寿命。

膜片联轴器与弹性套柱销联轴器比较:

一、膜片联轴器在角偏转安装条件下运转,传动速率高于弹性柱销联轴器,有节能作用;

二、膜片联轴器在角偏转安装条件下运转,适应能力强,弹性柱销联轴器在偏转20情况下运转2小时后,弹性圈全部损坏,而膜片联轴器运动正常,无损坏现象;

三、膜片联轴器具有良好的减振作用,尤其在转速达10000转/分以上振动特别小,这种良好性能特别适用于活塞式动力机的传动系统以及矿山机械、履带式车辆的传动。

由于膜片联轴器满足风力机对弹性联轴器的要求,并且比其他弹性联轴器具有多优良的性能,因此兆瓦级风电机组增速齿轮箱高速轴和发电机转子轴的连接采用膜片联轴器。

在风力发电机组中对弹性联轴器的基本要求为:

一、强度高,承载能力大。由于风力发电机组的传动轴系有可能发生瞬时尖峰载荷,故要求联轴器的许用瞬时较大转矩为许用长期转矩的三倍以上。

二、弹性高,阻尼大,具有足够的减振能力。把冲击和振动产生的振幅降低到允许的范围内。

三、具有足够的补偿性,满足工作时两轴发生位移的需要。

四、工作可靠性能稳定,对具有橡胶弹性元件的联轴器还应具有耐热性、不易老化等特性。

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