金屬撓性膜片聯軸器的動靜復合應力分析

由于軸線間的角向不對中，聯軸器旋轉時膜片內將產生交變應力，引起疲勞問題。以工程中常見的束腰型膜片聯軸器為例，利用有限元軟件ANSYS建模，將瞬態動力學方法引入膜片聯軸器承受復雜載荷時的應力分析，以模擬其“旋轉”狀態，研究了轉速對于膜片動靜復合應力的影響，尤其是對于應力幅的影響，為膜片應力分析提供了一種的方法。

金屬撓性膜片聯軸器是一種以金屬撓性元件來傳遞轉矩而無需潤滑的傳動裝置，廣泛應用于艦船、航空、石油化工、機械制造等。其撓性元件是由數量的薄金屬膜片(0．2mm～0．6mm)疊合而成的膜片組。工作時轉矩從主動法蘭盤輸入，經過沿圓周間隔布置的主動傳扭精 密螺栓將轉矩傳輸至金屬膜片，再由膜片通過從動精 密螺栓傳至從動法蘭盤輸出。它通過合金膜片組產生彈性變形來實現聯軸器的撓性傳動，利用膜片的柔性來吸收輸入輸出軸間的相對位移，從而補償傳動軸系各個連接部分由于各種因素引起的殘余不對中般情況下，膜片承受的預變形是小變形，采用小撓度薄板彎曲理論來處理。另外，由于多層膜片之間的相互接觸作用導致其軸向剛度存在非線性特性，應用有限元方法進行分析時需要考慮接觸狀態非線性，這將使得計算不容易收斂。

實際上我們在對膜片聯軸器進行應力分析時，可不計各膜片間微小的相對運動產生的表面剪切，假設膜片組在變形時每片中的應力分布是相同的，膜片組承載的離心力和轉矩平均分配到每層膜片上。在該假設成立的前提下，利用單片膜片來對整個膜片組進行應力分析，將及大地簡化計算如前所述膜片聯軸器較一般的工作狀態是其連接的兩軸軸線同時存在角向、軸向和橫向偏移的情況。其中，橫向不對中通常采用帶中間軸的雙膜片聯軸器轉化為角向不對中來實現補償。因此，對單個膜片聯軸器而言，其變形僅是由軸向和角向不對中引起。軸向不對中的變形相對比較簡單，由于主動孔固定在主動軸法蘭盤上，那么固連于從動軸法蘭盤上的從動孔沿軸向平行移動的距離即為軸向變形量。下面將重 點分析角向不對中工況下膜片聯軸器的變形。

(1)通過有限元建模，采用瞬態動力學方法模擬膜片聯軸器的“旋轉”狀態以獲得膜片的動靜復合應力，為膜片應力分析提供了一種的方法，為進一步的強度校核和疲勞壽命分析打下了良好的基礎。(2)在計算中我們發現，轉速對于膜片的平均應力和應力幅都有較大影響，而對于膜片疲勞壽命影響比較大的是動應力部分，即因角向偏移而產生的應力。所以要提高產品的壽命，在設計制造和安裝的時候須要考慮盡量減小角向的安裝偏差。