膜片聯(lián)軸器的疲勞磨損特點及應用

發(fā)布時間：2022-04-03

膜片聯(lián)軸器是一種通過膜片的彈性變形來補償相對位移的撓性聯(lián)軸器，對傳動系統(tǒng)有緩沖和減振作用，具有傳動、無噪聲、不需潤滑、拆卸方便等優(yōu)點，廣泛應用于船舶、礦山、建材、數控機床、紡織機械等各種機械裝置的軸系傳動中，是當今替代齒式聯(lián)軸器及一般聯(lián)軸器的理想產品。

膜片聯(lián)軸器主要由膜片、中間軸、法蘭、連接環(huán)、壓板、螺栓等組成，結構比較復雜。聯(lián)軸器工作時由于不對中等原因，將承受復雜載荷的作用，隨著工作時間的增加，膜片、螺栓等部件將產生疲勞磨損，較終導致聯(lián)軸器的失效。這會直接影響傳動系統(tǒng)的正常工作，甚至造成事故。因此對膜片聯(lián)軸器進行動力學仿真及疲勞壽命計算。

聯(lián)軸器是用來聯(lián)接主動軸和從動軸使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械部件，廣泛用于各種機械裝置的軸系傳動中。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器屬于柔性聯(lián)軸器。實踐表明，金屬膜片聯(lián)軸器的失效在通常情況下均為膜片損壞所致，開展膜片聯(lián)軸器多體接觸有限元分析具有重要意義。

膜片聯(lián)軸器由膜片、法蘭、調整環(huán)、聯(lián)接環(huán)、中間軸、螺栓等組成，聯(lián)軸器工作時轉矩從主動法蘭輸入，經沿圓周間隔布置的外圈螺栓組傳遞至金屬膜片，由膜片通過內圈螺栓組傳至中間軸，再經另一端膜片組傳遞至從動法蘭盤輸出。

由于非線性問題的復雜性，適當將模型中不需要著重分析的部分進行簡化，可以提高建模、劃分網格和求解的效率。膜片聯(lián)軸器的模型建立過程中，取右半聯(lián)軸器整體作為分析對象，考慮到要涉及傳動軸的扭轉過程和螺栓預緊力的施加，須建立聯(lián)軸器的全模型，而不能只建立模型的四分之一。中間軸與內圈螺栓、外圈螺栓與膜片等需要建立了接觸對，并且接觸面積比較大，需要消耗較大的計算資源，再將螺栓預緊力考慮到分析當中將會使問題變得復雜。建模中對螺栓連接處進行了適當簡化，即去掉墊片將螺帽與螺桿粘接為一體，通過在螺桿中間施加預緊力實現(xiàn)螺栓鎖緊。模型適當簡化提高了建模、劃分網格的效率，減少了一些接觸對，從而減少了計算過程對計算機資源的消耗，節(jié)約了計算時間，提高了問題的收斂性，且對于問題分析的方面影響不是很大。

膜片聯(lián)軸器工作時所承受載荷主要有螺栓預緊力、扭矩以及離心力。膜片通過外圈螺栓與法蘭相聯(lián)，通過內圈螺栓與中間軸相聯(lián)，實現(xiàn)扭矩傳遞，螺栓預緊過程可通過在螺栓上設置預緊單元并施加預緊力來模擬；聯(lián)軸器扭矩可轉化為切向力的形式加載在法蘭的右端；由于膜片聯(lián)軸器各零件都是有質量的實體，離心力載荷是由于膜片聯(lián)軸器的高速旋轉產生的，可通過設置角速度在軟件中直接施加。

聯(lián)軸器較大等效應力為362MPa，出現(xiàn)在外圈螺栓連接處，主要是由外圈螺栓組的預緊力引起，與螺母相聯(lián)的零件應力也較大。膜片組的較大等效應力為106MPa，出現(xiàn)在膜片與內圈螺栓的接觸區(qū)域，這是由于內圈螺栓組受切向力較大，且為鉸制孔螺栓所致。膜片組中較右端的膜片等效應力較大。

在存在軸向誤差的情況下，分別取軸向誤差為lmm，2mm，3mm，對膜片聯(lián)軸器進行有限元分析。軸向誤差作用下的膜片聯(lián)軸器綜合位移和等效應力的較大值，通過與無誤差分析結果的比較可得，隨著軸向誤差的增大，膜片聯(lián)軸器的綜合位移明顯增大，而等效應力和接觸應力基本不變。軸向誤差作用下膜片組綜合位移和等效應力的較大值，隨著軸向誤差的增大，膜片組的綜合位移和膜片的等效應力都有增大的趨勢，而對于膜片間的接觸應力沒有影響。

膜片聯(lián)軸器知識與聯(lián)軸器應用

1、操作工須知：在啟動設備前應先檢查聯(lián)軸器的螺母是否有松動或脫落，如有要及時將螺母用扳手把緊。應先空載啟動設備1分鐘后將負載管線閥門打開；停機順序相反。(請每月將聯(lián)軸器外部用機油涂刷一遍)。泵閥門

2、實踐證明，如按說明及要求進行安裝、維護、操作、膜片聯(lián)軸器的日啟動次數在1--5次，膜片的使用壽命少5年以上。如不按說明書的要求進行安裝、維護、操作，特別是螺栓方向裝錯使膜片變形或原動機與工作機兩軸軸心偏移過大都會使膜片提前。

3、安裝前應先檢查原動機和工作機兩軸是否同心，兩軸表面是否有包裝紙和碰傷，聯(lián)軸器兩個半聯(lián)軸節(jié)內孔是否有雜物，內孔棱邊是否有碰傷、如有應將軸、半聯(lián)軸節(jié)清理干凈，碰傷用細銼處理好。然后檢查兩個半聯(lián)軸節(jié)的內孔直徑和長度是否同原動機、工作機的直徑和軸伸長度尺寸相符。一般選型時，讓原動機和工作機端半聯(lián)軸節(jié)長度小于其軸伸長度10—30mm為好。

4、為了便于安裝，好是將兩個半聯(lián)軸節(jié)放在120--150的保溫箱或油槽中進行預熱，使內孔尺寸漲大很容易裝上。安裝后軸頭不能凸出半聯(lián)軸節(jié)端面，以齊平為好。檢測兩半聯(lián)軸節(jié)之間的距離：沿半聯(lián)軸節(jié)的法蘭盤兩內側測出3--4點的讀數取平均值，及加長段與兩個膜片組實測尺寸之和，兩者誤差控制在0—0.4mm范圍之內。

5、找正：用百分表檢測兩半聯(lián)軸節(jié)法蘭盤端面和外圓跳動，當法蘭盤外圓小于250mm時跳動值應不大于0.05mm；當法蘭盤外圓大于250mm時，跳動值應不大于0.08。

6、安裝螺栓：把螺栓從法蘭盤小孔外側穿入，從另一件法蘭盤大孔外側穿出套上緩沖套、彈性墊圈、扭上螺母，用扳手將螺母把緊。