膜盤聯軸器動力特性分析研究現狀

膜盤聯軸器的動力特性分析主要包括模態分析和臨界轉速分析兩方面內容。模態分析用于分析結構的自振頻率特性，是研究結構動力特性的基礎；臨界轉速是關聯于結構相應頻率的轉動速度，為膜盤聯軸器在工作轉速范圍內不致發生共振，臨界轉速應偏離工作轉速。相關學者對膜盤聯軸器及傳動系統的動力特性也進行了分析。如聞雪友以典型軸系為中心，討論了膜盤特性、膜盤布置方式及支座彈性對臨界轉速的影響，并提出從臨界轉速方面考慮設計帶膜盤聯軸器軸系的幾個結論。章璟璇在考慮陀螺力矩、彈性支承以及阻尼影響的情況下，編制了計算轉子臨界轉速和不平衡響應的有限元程序，并用ANSYS軟件進行臨界轉速的驗證。胡柏安等采用有限元分析與試驗驗證相結合的方法，得出膜盤厚度的變化對傳動軸轉子動力特性影響較小，而對動力傳動軸的剛度、壽命以及工藝性影響較大。冉涌建立了膜片聯軸器有限元模型，對其進行模態分析，計算出前10階固有頻率及振型，推導出前階臨界轉速，并與工作轉速進行比較。趙勤在某傳動軸振動特性的研究中，通過PATRAN軟件對膜盤聯軸節固有頻率及傳動軸的臨界轉速進行計算，并對傳動軸進行了膜盤應力和高周疲勞試驗。郭課林采用ANSYS軟件中的模態提取法對膜片聯軸器及膜片組進行模態分析，得出其固有頻率及振型，對比轉頻不會出現共振現象。楊上通過傳遞矩陣法建立膜盤聯軸器彎-扭-軸動力學模型，通過C++語言計算出盤軸系統的臨界轉速及振型，并用ANSYS和ABAQUS兩種軟件計算膜盤聯軸器的振動特性。由此可知，對膜盤聯軸器的模態和臨界轉速的分析對其所在傳動軸的動力學特性有重要意義。

本文根據機械結構的冗余設計理念，對用于高精傳動設備及航空設備的高速膜盤聯軸器進行設計，并采用有限元法對其進行應力應變及動力學特性分析，具體工作內容主要有以下幾個方面：

（1）膜盤聯軸器總體方案。對比傳統膜盤聯軸器的特點，闡述具有冗余功能的膜盤聯軸器的工作原理，根據膜盤聯軸器設計要求，對聯軸器進行選材，然后提出膜盤及冗余結構的設計原則，并對膜盤與相鄰件之間的連接方式進行設計，得出具有冗余功能的高速膜盤聯軸器的整體結構。（2）膜盤的設計及綜合分析。膜盤是聯軸器的核心元件，根據設計要求，分析膜盤的受載工況，提出膜盤型面的結構，采用ANSYSWorkbench有限元軟件對膜盤所處不同工況、不同型面參數及不同材料進行應力應變分析，探究的應力分布規律，在此基礎上完成膜盤的設計。（3）冗余結構的設計及分析。基于機械結構的冗余設計理念，對冗余結構進行設計，通過干涉性分析得出膜盤工作時冗余結構的相對位移情況，從而設計出合理的間隙，冗余結構不會對膜盤產生干涉，隨后對功能切換過程進行分析，即分析膜盤的破損狀態以及冗余結構的受載情況，通過變更模式后的可行性分析，即對冗余結構受載時的強度進行分析，并探究不同尺寸參數對膜盤強度的影響，得出冗余結構的尺寸。（4）膜盤聯軸器動力學特性分析。對關鍵件膜盤及聯軸器整體的振動模態進行有限元計算，探究不同材料和厚度對膜盤聯軸器的振動特性的影響，計算該膜盤聯軸器所在軸系的臨界轉速，分析其是否會因轉速達到臨界轉速而發生共振，并對膜盤聯軸器進行諧響應分析，得出其振動幅值。