膜盤的等強度近似理論

在膜盤所受的載荷中，扭矩載荷對膜盤的影響大，由于膜盤扭轉剛度及柔性是兩個相互矛盾的參數，故需要根據膜盤的受載特點來設計的膜盤型面。其中，膜盤在傳遞扭矩時所引起的切應力為：

冗余結構的功能有兩個，一是防止膜盤破損時的飛濺造成對周圍設備的損壞，二是當膜盤破損時代替膜盤進行扭矩傳遞，由此減少其故障時間，保護設備及人員。對于冗余結構的設計分析，主要從下面幾個方面進行：干涉性分析、功能切換分析及變更模式后的強度分析，即首先要在膜盤正常工作狀態下，冗余結構不會對膜盤產生干涉；其次根據膜盤的失效形式，對冗余結構的受載情況進行分析；對冗余結構傳扭時進行應力分析，其能夠起到保護作用。

冗余結構的設計

在傳統膜盤聯軸器的結構中，膜盤破損時是由護板的作用對膜盤的飛濺進行牽制。基于機械結構冗余設計理念，考慮到膜盤的破損問題，同時為了不因為增加零件而導致膜盤聯軸器的質量增大，本文將中間軸和護板之間設計為留有足夠間隙的花鍵形式，其在膜盤聯軸器正常工作時不起作用，而當膜盤失效時接替膜盤進行傳扭，從而對膜盤的過載破損起到保護作用。

帶花鍵的中間軸設計

花鍵一般有矩形花鍵和漸開線花鍵兩種類型。矩形花鍵加工方便，用小徑定心，易于定心的精度，適用于靜連接或輕載連接。漸開線花鍵受載時齒上有徑向力，能起自動定心作用，使各齒受力均勻，花鍵齒的根部，應力集中小，適用于載荷較大，定心精度要求較高及尺寸較大的連接[3]。由于膜盤聯軸器的工作時所受到的載荷較大，而且由于此處花鍵之間留有很大的間隙，因此能夠起到自動定心的作用，故本文選擇漸開線花鍵進行討論。對于漸開線花鍵承載能力的計算公式如下：（1）載荷計算載荷計算公式為：根據中間軸直徑尺寸，以及承載能力計算公式，初步選用的漸開線花鍵齒數為11，模數為，齒的工作長度為1mm，中間軸的長度為200mm，此外為了防止冗余結構傳扭時發生較大的軸向竄動，將中間軸設計為階梯軸的形式

帶花鍵外齒的中間軸護板的設計既需要考慮與膜盤的連接，也需要與中間軸進行配合。根據工作環境的要求，護板上的花鍵內齒與中間軸上的花鍵外齒在膜盤正常工作時應留出足夠大的間隙，而間隙的設計需要對膜盤正常工作時的應變進行分析才可得出。

花鍵內外齒的間隙設計

在膜盤正常工作時，為了冗余結構不對其進行干涉，需冗余結構內外齒之間的間隙滿足其相對位移。由于膜盤工作時，冗余結構不受載，故內外齒的相對位移主要是由膜盤變形程度決定的。其中，決定齒頂隙的主要因素為角向偏轉，決定齒側隙的主要因素為扭矩載荷，因此對這兩種工況作用下的內外齒相對位移進一步分析。