膜片聯(lián)軸器(亦稱疊片、鋼片聯(lián)軸器)是一種有廣泛發(fā)展前途的、新型的、可取代齒式聯(lián)軸器的兩軸聯(lián)接裝置。它由兩端軸、膜片組、中間軸和連接螺栓組成。其中,膜片組由一定數(shù)量的薄不銹鋼涂層膜片疊合而成,通過它來傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動。
聯(lián)軸器所連接的兩軸,由于制造和安裝誤差、承載變形、熱變形以及機(jī)座下沉等原因,軸線間會產(chǎn)生某種程度的軸向、角向、徑向偏移。軸線的相對偏移會在軸、軸承和聯(lián)軸器上引起附加載荷,使機(jī)組工作條件惡化。膜片聯(lián)軸器能通過膜片的撓性來吸收軸線間的三向偏移,改善工作條件。膜片聯(lián)軸器能傳遞大的轉(zhuǎn)矩,而且具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、不需潤滑等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于航空、艦船、石油化工、機(jī)械制造等領(lǐng)域。
根據(jù)膜片的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn),針對工程設(shè)計中常見的六孔圓環(huán)形和束腰形膜片,利用有限元方法建模,分析膜片的應(yīng)力,并編寫了相應(yīng)的應(yīng)力計算軟件。在此基礎(chǔ)上,引入修正的局部應(yīng)力-應(yīng)變法估算膜片疲勞裂紋形成壽命,為工程設(shè)計提供了理論依據(jù)與方法。
膜片是膜片撓性聯(lián)軸器的關(guān)鍵元件,由于軸線間偏移、傳遞轉(zhuǎn)矩、承受離心力,膜片工作時處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。膜片變形是薄板彎曲問題,一般情況下,膜片承受的預(yù)變形是小變形,采用小撓度理論來處理。
膜片上相鄰兩孔的螺栓分別與兩端軸和中間軸的凸沿相連接,即螺栓相間反向布置,導(dǎo)致它們之間通過膜片的撓性可以有相對位移。當(dāng)確定一個孔所在的位置是固定時,相鄰的兩孔處,由于預(yù)變形而導(dǎo)致法向作用力,對隔過一個孔的第三孔,又可為固定約束。
根據(jù)軸向預(yù)變形的載荷對稱性和結(jié)構(gòu)對稱性,可取三分之一膜片來進(jìn)行分析。小變形條件下,可以應(yīng)用薄板彎曲小撓度理論。對三分之一膜片進(jìn)行網(wǎng)格劃分(三角形薄板單元)和有限元計算,每個節(jié)點(diǎn)有三個自由度。如果約束AB、CD邊的自由度,則應(yīng)力計算值將過大。實(shí)際上,膜片AB、CD處可以發(fā)生翹曲等不規(guī)則的變形,故AB、CD邊
應(yīng)作為自由邊。在兩端的半圓孔上施加約束,中間螺孔承受載荷。這樣就把它作為靜定簡支結(jié)構(gòu)來處理。