彈性膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及壓力作用

　　彈性膜片聯(lián)軸器能傳遞大功率、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、不需潤滑并能補償軸向、徑向和角向位移，適于在高速大功率機組上使用。風(fēng)電機組增速齒輪箱高速軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸的連接采用膜片聯(lián)軸器，膜片是膜片聯(lián)軸器的關(guān)鍵部件，為了滿足風(fēng)電機組的長時間可靠運行要求，對膜片進(jìn)行強度疲勞分析。

　　膜片聯(lián)軸器主要由左右半聯(lián)軸器、膜片組、中間體等零部件組成。其工作原理為：轉(zhuǎn)矩從左半聯(lián)軸器輸入，經(jīng)主動高強度螺栓傳輸至膜片組，膜片組再通過從動高強度螺栓將轉(zhuǎn)矩傳至中間體，同樣轉(zhuǎn)矩通過另一端的膜片組、高強度螺栓及右半聯(lián)軸器輸出。膜片常用的結(jié)構(gòu)有輪輻式、圓環(huán)式、連桿式、多邊式和束腰式。安裝在風(fēng)電機組中的膜片聯(lián)軸器，要考慮風(fēng)機的運行條件、可靠性、安裝、剎車和測速等要求。通常與齒輪箱高速軸聯(lián)接的左半聯(lián)軸器采用平鍵聯(lián)軸器，并配有測速盤和剎車盤；膜片采用四連桿束腰型，并且單個膜片厚度為3mm左右；中間體采用絕緣的玻璃纖維樹脂結(jié)構(gòu)，并配有力矩限制器；與發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸聯(lián)接的右半聯(lián)軸器采用無鍵聯(lián)軸器。

　　膜片聯(lián)軸器膜片應(yīng)力出現(xiàn)在受拉兩孔的中部，主要是因為螺栓孔處受載大，受力面積小，而且在有孔的地方容易引起應(yīng)力集中。同時可以知道是由拉力引起應(yīng)力出現(xiàn)在螺栓孔中部。計算結(jié)果表明，應(yīng)力小于材料的屈服強度，所以膜片的強度滿足要求。

　　由預(yù)緊力引起的應(yīng)力主要在膜片與墊片接觸的區(qū)域。由軸向和角向位移引起的應(yīng)力位置出現(xiàn)在膜片與墊片接觸的邊緣點。但該處的應(yīng)力比螺栓孔中部的應(yīng)力要小得多。說明由扭矩和離心力引起的拉力比軸向和角向位移對膜片的強度影響大。

　　在壓力作用下，構(gòu)件容易失穩(wěn)，失穩(wěn)后扭矩全由拉桿承受，會增大膜片的應(yīng)力甚至失效，所以對膜片進(jìn)行屈曲分析很有必要，如果發(fā)生屈曲則要對膜片的結(jié)構(gòu)及布局進(jìn)行重新設(shè)計。膜片的作用下，用MSC。Nastran做屈曲分析，得到膜片的安全系數(shù)。本膜片聯(lián)軸器的膜片為雙層結(jié)構(gòu)，安全系數(shù)為3.5，所以膜片不會發(fā)生屈曲。

　　從靜強度分析結(jié)果可知，膜片的應(yīng)力沒有超過給定材料的屈服強度，但是在膜片所受的載荷中，拉力和角位移都是變化的載荷。結(jié)構(gòu)或材料在受到多次重復(fù)變化的載荷作用后，應(yīng)力值雖然沒有超過材料的強度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞，疲勞破壞已經(jīng)成為引起結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。因此對膜片進(jìn)行疲勞分析，看它能不能滿足風(fēng)電機組20年的壽命要求。

　　本分析中采用MSC。Fatigue做疲勞壽命計算。膜片聯(lián)軸器對于循環(huán)應(yīng)力水平低，壽命長的情況，分析宜采用全壽命分析方法，即S-N法，全壽命分析采用雨流循環(huán)計數(shù)法和Palmgren-Miner線性累積損傷理論CMiner理論))。在分析過程中給定材料的性能和處理方式，并且把有限元強度分析的結(jié)果與載荷時間歷程相關(guān)聯(lián)。膜片所受的載荷中拉力和角位移是變化的，所以分析中其它載荷為靜載荷，拉力和角位移則根據(jù)實際受載情況編制載荷時間歷程。平均應(yīng)力修正采用比較保守的Goodman曲線法。

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