膜片式联轴器性能分析.docx

膜片式联轴器性能分析殷国庆/上海交通大学船建学院动力装置及自动化研究所???? 摘要：简介了膜片式联轴器的结构和工作原理。从应力和疲劳、扭转刚度、弯曲稳定性作了静态分析；从钢片的阻尼特性、轴系横振和扭矩冲击的隔离性能作了动态分析。讨论了高速性和高效传动特性。关键词：膜片式联轴器；结构；性能中图分类号：TH133.4　　　　文献标识码：B The Performance Analysis of Couplings with Diaphragm Type Abstract: This paper has introduced the structure and working principle of couplings with diaphragm type. The static analysis are made from the points of stress and fatigue, torsional stiffness and bending stability, and the dynamic analysis are also made from the points of damping characteristics of steel, shaft transverse vibration and the barrier properties of torque impact. And the transmission characteristics of high-speed and high efficiency are discussed. Key words: couplings with diaphragm type; structure; performance 0　引言　　绝大多数动力机械都必须可靠地解决功率的有效传递。在实际运行中，原动机和变速齿轮箱，原动机和工作机之间，常常由于现场条件而使轴线产生偏移，因此驱动轴系中各部件连接成了一个非常关键的问题，在大功率高速机组和原动机安装减振器的机组中，动力轴系的挠性连接技术尤为突出，迫切希望轴线在角度挠曲、轴向和径向位移方面具有良好的补偿。与此同时，动力传递更要求挠性联轴器还具有优越的动态性能，保证整套传动系统有较高的可靠性和有效的节能作用。　　膜片式联轴器 ( 亦称 GNL 钢片挠性联轴器 ) 是一种具有广泛应用前景的、新型的可取代齿式联轴器、橡胶式联轴器的传动装置。传动联轴器所联接的两轴，由于制造和安装误差、承载的变形、热膨胀压缩、延伸以及基座下沉等原因，轴线间会产生一定的轴向、角向、径向偏移。它将在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷，使机组工作条件恶化。甚至会有损坏机组现象发生。钢片联轴器利用钢片的弹性变形来补偿轴线间的轴向、角向、径向相对位移，达到改善工作条件目的。　　本文除讨论 GNL 联轴器静特性方面的应力、疲劳、刚度特性外，还着重分析该类联轴器在工作过程中的动态特性，如阻尼、减振隔离、高速平稳和动态传递效率 ( 节能 ) 等特性。1　钢片联轴器结构和工作原理　　GNL钢片挠性联轴器的结构主要由不锈钢金属薄片(钢片)、半联轴器、中间套、压紧元件、螺栓、防松螺母、限位垫圈等组成 , 见图1。１,8 半联轴器 2.限位垫圈 3.挠性钢片 4.中间套筒 5.传动螺栓 6.圆螺母 7.止退垫圈图1 GNL钢片挠性联轴器结构　　其工作原理：扭矩从主动端半联轴器输入，经沿圆周间隔布置的高强度螺栓将扭矩传输至前端挠性钢片组，再由挠性钢片组通过高强度螺栓传到中间套筒，并同样由另后端挠性钢片组、高强度螺栓及从动半联轴器输出。钢片组件是挠性联轴器的关键部件，它是由一定数量的薄片弹性不锈钢叠合组成，通过它来传递扭矩和消除来自多方位的偏移量。钢片厚度一般视扭矩的大小和工况的不同而选择，一般为0.35～1.20mm，其形状有圆环式、连杆式、束腰式等。2 　GNL钢片挠性联轴器的静态特性2.1　应力和疲劳性能　　图2为联轴器金属片受载情况示意图，力学模型的4条杆件中，2条拉杆，2条压杆。在无轴向变位和角向偏转变位的正常稳定工作时，杆件承受纯拉压应力和旋转质量离心力，金属片承受合成平均应力。实际工作中，轴系都有一定串动，角向挠曲和径向移位。因此，杆件上再叠加有弯曲交变应力，其交变频率等于轴系旋转频率的2倍，交变的幅值取决于几个变动移位值的矢量和。因此金属杆件的应力-强度计算需根据平均应力与交变应力分量按所选材料的哥德曼图进行校核。　　根据计算机有限元计算模型和实验手段证明，挠性钢片的应力危险区出现在压杆的紧固件周围，在额定条件下工作时，其应力水准在交变疲劳极限和材料屈服极限的1/2以下。图2 联轴器金属片承载情况示意图　　在联轴器稳定工作时，其失效的原因不是由于受载过度