膜片聯(lián)軸器的疲勞磨損特點(diǎn)及應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2022-04-03

膜片聯(lián)軸器是一種通過膜片的彈性變形來補(bǔ)償相對(duì)位移的撓性聯(lián)軸器，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有緩沖和減振作用，具有傳動(dòng)、無噪聲、不需潤滑、拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于船舶、礦山、建材、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械等各種機(jī)械裝置的軸系傳動(dòng)中，是當(dāng)今替代齒式聯(lián)軸器及一般聯(lián)軸器的理想產(chǎn)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(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。聯(lián)軸器工作時(shí)由于不對(duì)中等原因，將承受復(fù)雜載荷的作用，隨著工作時(shí)間的增加，膜片、螺栓等部件將產(chǎn)生疲勞磨損，較終導(dǎo)致聯(lián)軸器的失效。這會(huì)直接影響傳動(dòng)系統(tǒng)的正常工作，甚至造成事故。因此對(duì)膜片聯(lián)軸器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真及疲勞壽命計(jì)算。

聯(lián)軸器是用來聯(lián)接主動(dòng)軸和從動(dòng)軸使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械部件，廣泛用于各種機(jī)械裝置的軸系傳動(dòng)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(shí)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(diào)整環(huán)、聯(lián)接環(huán)、中間軸、螺栓等組成，聯(lián)軸器工作時(shí)轉(zhuǎn)矩從主動(dòng)法蘭輸入，經(jīng)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(nèi)圈螺栓組傳至中間軸，再經(jīng)另一端膜片組傳遞至從動(dòng)法蘭盤輸出。

由于非線性問題的復(fù)雜性，適當(dāng)將模型中不需要著重分析的部分進(jìn)行簡化，可以提高建模、劃分網(wǎng)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(duì)象，考慮到要涉及傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)過程和螺栓預(yù)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(nèi)圈螺栓、外圈螺栓與膜片等需要建立了接觸對(duì)，并且接觸面積比較大，需要消耗較大的計(jì)算資源，再將螺栓預(yù)緊力考慮到分析當(dāng)中將會(huì)使問題變得復(fù)雜。建模中對(duì)螺栓連接處進(jìn)行了適當(dāng)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(yù)緊力實(shí)現(xiàn)螺栓鎖緊。模型適當(dāng)簡化提高了建模、劃分網(wǎng)格的效率，減少了一些接觸對(duì)，從而減少了計(jì)算過程對(duì)計(jì)算機(jī)資源的消耗，節(jié)約了計(jì)算時(shí)間，提高了問題的收斂性，且對(duì)于問題分析的方面影響不是很大。

膜片聯(lián)軸器工作時(shí)所承受載荷主要有螺栓預(yù)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(nèi)圈螺栓與中間軸相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞，螺栓預(yù)緊過程可通過在螺栓上設(shè)置預(yù)緊單元并施加預(yù)緊力來模擬；聯(lián)軸器扭矩可轉(zhuǎn)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(zhì)量的實(shí)體，離心力載荷是由于膜片聯(lián)軸器的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，可通過設(shè)置角速度在軟件中直接施加。

聯(lián)軸器較大等效應(yīng)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(yù)緊力引起，與螺母相聯(lián)的零件應(yīng)力也較大。膜片組的較大等效應(yīng)力為106MPa，出現(xiàn)在膜片與內(nèi)圈螺栓的接觸區(qū)域，這是由于內(nèi)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(yīng)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(duì)膜片聯(lián)軸器進(jìn)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(yīng)力的較大值，通過與無誤差分析結(jié)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(yīng)力和接觸應(yīng)力基本不變。軸向誤差作用下膜片組綜合位移和等效應(yīng)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(yīng)力都有增大的趨勢(shì)，而對(duì)于膜片間的接觸應(yīng)力沒有影響。

膜片聯(lián)軸器知識(shí)與聯(lián)軸器應(yīng)用

1、操作工須知：在啟動(dòng)設(shè)備前應(yīng)先檢查聯(lián)軸器的螺母是否有松動(dòng)或脫落，如有要及時(shí)將螺母用扳手把緊。應(yīng)先空載啟動(dòng)設(shè)備1分鐘后將負(fù)載管線閥門打開；停機(jī)順序相反。(請(qǐng)每月將聯(lián)軸器外部用機(jī)油涂刷一遍)。泵閥門

2、實(shí)踐證明，如按說明及要求進(jìn)行安裝、維護(hù)、操作、膜片聯(lián)軸器的日啟動(dòng)次數(shù)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(jìn)行安裝、維護(hù)、操作，特別是螺栓方向裝錯(cuò)使膜片變形或原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)兩軸軸心偏移過大都會(huì)使膜片提前。

3、安裝前應(yīng)先檢查原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)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(gè)半聯(lián)軸節(jié)內(nèi)孔是否有雜物，內(nèi)孔棱邊是否有碰傷、如有應(yīng)將軸、半聯(lián)軸節(jié)清理干凈，碰傷用細(xì)銼處理好。然后檢查兩個(gè)半聯(lián)軸節(jié)的內(nèi)孔直徑和長度是否同原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)的直徑和軸伸長度尺寸相符。一般選型時(shí)，讓原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)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(gè)半聯(lián)軸節(jié)放在120--150的保溫箱或油槽中進(jìn)行預(yù)熱，使內(nèi)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(cè)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(nèi)側(cè)測(cè)出3--4點(diǎn)的讀數(shù)取平均值，及加長段與兩個(gè)膜片組實(shí)測(cè)尺寸之和，兩者誤差控制在0—0.4mm范圍之內(nèi)。

5、找正：用百分表檢測(cè)兩半聯(lián)軸節(jié)法蘭盤端面和外圓跳動(dòng)，當(dāng)法蘭盤外圓小于250mm時(shí)跳動(dòng)值應(yīng)不大于0.05mm；當(dāng)法蘭盤外圓大于250mm時(shí)，跳動(dòng)值應(yīng)不大于0.08。

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