膜片聯(lián)軸器膜片承受的載荷及改進措施

發(fā)布時間：2019-12-29

JM1J型接中間軸整體式膜片聯(lián)軸器的型號和尺寸，并結合風力發(fā)電機組對膜片聯(lián)軸器的要求進行類比設計。安裝在風電機組中的膜片聯(lián)軸器，要考慮風機的運行條件、性、安裝、剎車、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，每組兩片，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構，并配有力矩限制器；與發(fā)電機轉子軸聯(lián)接的右半聯(lián)軸器采用無鍵聯(lián)軸器。
　　在風力發(fā)電機中幾乎每個機械零部件的設計都用到了有限元分析，尤其是有限元法提供的常用分析功能恰好與膜片設計中的強度、剛度、穩(wěn)定性、疲勞等關鍵內容吻合，以至于有限元分析成為膜片設計的基本內容。在傳統(tǒng)膜片的設計中，實際結構尺寸一般采用類比設計方法確定，然后用材料力學或彈性力學公式校核其強度和剛度，計算誤差和冗余較大。采用有限元靜力分析的方法對膜片進行結構的強度分析計算，可以檢驗膜片是否達到強度要求，如不滿足，則需要加強并為膜片設計提出可行的改進措施。因此利用有限元分析既可以構件整體強度，又可以為減重等方面提供改進和優(yōu)化設計的理論依據(jù)和建議。采用有限元疲勞分析方法可以靈活地預估膜片的疲勞壽命，可為膜片設計提供的理論指導。
　　對膜片進行受力分析，膜片受到的載荷有：①扭距在膜片中產生的拉壓力，②由軸線偏斜而引起的彎矩，③螺栓與膜片質量離心力，④膜片軸向位移引起的彈性推力，⑤螺栓預緊力。扭矩T使膜片產生的拉伸或壓縮壓力和質量離心力應力都隨轉速而變化。安裝運行工況時，①、②、④、⑤均屬于不變應力。彎矩M使膜片產生彈性推力，且在軸每轉一圈時應力循環(huán)變換一次。膜片聯(lián)軸器的主要失效不是由于膜片組件傳扭能力不足，而是膜片和螺栓在交變循環(huán)復合應力作用下的疲勞所致。因此本章先計算膜片的強度，膜片的疲勞計算在下一章進行。
　　膜片承受的轉矩主要靠主、從螺栓間膜片的拉壓受力傳遞。為了簡化計算，作以下基本假設：
　?、賰H考慮傳遞扭矩引起的應力；
　?、诓挥嫺髂てg微小的相對運動產生的表面剪力，即將所有膜片視為一整體；
　?、奂俣總€主動螺栓所受的力相等，該力沿驅動方向；
　　④在運行過程中，膜片端部保持平行。
　　膜片在運行過程中受到的是拉應力和壓應力，以及在三向位移補償時產生的彎曲應力和高周循環(huán)疲勞應力。為了適應各種工況條件，理想的膜片材料應具有：高抗拉強度和疲勞強度；高和抗微動磨損能力。
　　通過在各種載荷情況下對膜片進行靜強度分析計算，可以判斷所設計的膜片能否承受的載荷。從膜片的靜強度分析結果可知，膜片的應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。結構或材料在受到多次重復變化的載荷作用后，應力值雖然沒有超過材料的強度，甚至比彈性還低的情況下就可能發(fā)生破壞，疲勞破壞已經成為引起結構破壞的主要因素。因此，單單分析各種載荷情況下的靜強度并不能確定一種設計方案是否合理，疲勞問題也是進行膜片設計時要考慮的。利用有限元方法并借助于有限元分析計算軟件對膜片進行靜強度分析，可以比較地計算出各種載荷情況下膜片的應力、應變及位移狀況。并且在靜強度分析的基礎上，再對膜片進行疲勞分析，看它能不能滿足風電機組20年的壽命要求。
　　疲勞累積損傷理論是疲勞分析的主要原理之一，也是估算變應力幅值下疲勞壽命的關鍵理論。所謂損傷，是指在疲勞過程中初期材料內的細微結構變化和后期裂紋的形成和擴展。當材料承受高于疲勞的應力時，每個循環(huán)都使材料產生的損傷，每個循環(huán)所造成的平均損傷為1/N，這種損傷可以累積。損傷累積法認為疲勞破壞對于材料的損傷是逐步累積起來的，它不是對材料造成的破壞，而是在長期的交變應力的作用下對材料逐步形成微觀裂紋，裂紋產生嚴重應力集中，促使裂紋逐步擴展由微觀變成宏觀，然后使得零件沿嚴重削弱的截面發(fā)生突然的脆性斷裂。