 联轴器膜片
膜片联轴器膜片结构强度分析研究
联轴器所联接的两轴，由于制造和安装误差、承载变形、热变形以及机座下沉等原因，轴线间会产生一定的轴向、角向、径向偏移。这将在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷，使船舶推进轴系工作条件恶化。而膜片联轴器的使用可以大大减弱附加载荷所产生的影响，改善船舶推进轴系工作条件。膜片联轴器在船舶推进轴系中应用广泛，特别用于高速快艇推进轴系，其中膜片是膜片联轴器的关键部件，为了满足船舶高速轴系安全可靠的运行要求，必须对膜片进行应力分析和强度计算。文中根据膜片联轴器的结构和工作特点，针对工程设计中常见的六孔式膜片，对膜片进行受力分析，并用MSC.Patran有限元软件进行了实例计算。
1、膜片联轴器的结构
膜片联轴器是一种全金属干式挠性联轴器，主要由左右半联轴器、膜片组和连接螺栓等零部件组成。其中，膜片组由一定数量的高强度不锈钢涂层膜片叠合而成，并通过螺栓交替固定于主动端与从动端。为了获得更好的补偿性能，常采用中间轴，其两端各有一组膜片组组成双膜片式联轴器，分别与主从动轴联接。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轴，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。
膜片联轴器能通过膜片的挠性来吸收或缓解轴线间的三向偏移，改善船舶推进轴系的工作条件。它具有传递扭矩大、结构简单、拆装方便、工作可靠、不需润滑等优点。
2、膜片的应力分析
膜片组是膜片联轴器的主要弹性元件。膜片组在运转过程中承受拉伸、挤压、剪切等复合力，处于复杂的受力状态，并由此来传递转矩和运动，同时吸收振动和补偿偏差。由于联轴器中其他零件的刚度比膜片大得多，且膜片受力情况最为复杂，故这里只研究膜片的应力分析。为了简化计算，不考虑各膜片间微小的相对运动产生的表面剪力，即将所有膜片视为一个整体。膜片承受的载荷有以下几种：
3、膜片承受的转矩
膜片联轴器传递转矩时，转矩是通过主动螺栓利用膜片元件带动从动螺栓，转矩在膜片中产生的沿螺栓分布圆切线方向的拉压力。1、3、5代表螺帽端，2、4、6代表螺母端。扭矩使膜片产生的拉伸或压缩应力随工况而变化，但运行工况一定时，可看作不变应力。
本文对膜片联轴器膜片组件的受力情况进行了详细的分析，并以Lovejoy公司研制的SX410-6膜片联轴器为分析对象，建立了1/3局部膜片的有限元模型，充分考虑了膜片组所承受各种力，如扭矩、轴向偏移、径向偏移、角向偏移以及膜片和螺栓的离心惯性力，使边界条件及载荷与实际情况比较接近。通过有限元分析计算了膜片组的强度，并以云纹图的形式显示了应力分布情况，具有一定的理论和实际应用价值。可见，基于有限元法对膜片联轴器进行结构强度分析是一种简便且行之有效的方法，可用于指导膜片结构的研发及改型设计。
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