聯(lián)軸器膜片的應(yīng)力分析同疲勞壽命

發(fā)布時(shí)間：2023-02-03

一、聯(lián)軸器膜片的應(yīng)力分析

聯(lián)軸器膜片的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)。起先利用高斯消去法，求解系統(tǒng)在不平衡量的作用下所引起的強(qiáng)迫振動(dòng)：分析了各結(jié)點(diǎn)的不平衡響應(yīng)。然后以對(duì)稱布置的聯(lián)軸器膜片禍合的多跨轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)為對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬分別分析了聯(lián)軸器膜片的剛度和轉(zhuǎn)子的不對(duì)中對(duì)系統(tǒng)不平衡響應(yīng)的影響；詳細(xì)分析了不對(duì)中狀態(tài)下，系統(tǒng)支承處的不平衡響應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的變化，主要結(jié)論如下：

1、當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)子的不對(duì)中量對(duì)系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)有顯著影響，然而在工作轉(zhuǎn)速處，這種影響變小。

2、對(duì)于對(duì)稱的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)，當(dāng)聯(lián)軸器膜片徑向剛度等于某些值時(shí)，其轉(zhuǎn)角剛度對(duì)系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)影響很大。聯(lián)軸器膜片的徑向剛度時(shí)，轉(zhuǎn)角剛度決定了其隔振效果。當(dāng)k，小時(shí)有顯著的隔振功能。隨著k，的增大，其隔振效果在逐漸下降。通過(guò)分析表明聯(lián)軸器膜片的轉(zhuǎn)角剛度是影響其隔振效果的一個(gè)重要因素。

對(duì)于膜片型聯(lián)軸器的應(yīng)力分析：

1、軸向位移引起的彎曲應(yīng)力由于在軸線方向上的安裝誤差，使膜片沿軸線方向發(fā)生彎曲變形，通過(guò)軸向位移的大小可以求出軸向力的大小。

2、離心應(yīng)力假定螺栓與膜片材料相同，可計(jì)算出各自的質(zhì)量，根據(jù)所處的位置和螺旋角度，可算得離心力，且作用在總質(zhì)心上。

3、徑向、角向位移引起的彎曲應(yīng)力由于在軸線角向上的安裝實(shí)際誤差，使膜片沿軸線方向發(fā)生周期性彎曲變形，而且它是決定聯(lián)軸器膜片疲勞壽命的主要因素，通過(guò)角度傾斜可以求出回復(fù)力矩的大小。

4、膜片傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩是通過(guò)主動(dòng)螺栓利用膜片元件帶動(dòng)從動(dòng)螺栓，沿螺栓分布圓切線方向傳遞的。忽略膜片間微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，認(rèn)為各膜片均勻承擔(dān)轉(zhuǎn)矩。在聯(lián)軸器膜片傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)膜片平面受力，帶有陰影部分的圓表示主動(dòng)端輸入，空白圓表示從動(dòng)端輸出。

5、膜面應(yīng)力(轉(zhuǎn)矩應(yīng)力，設(shè)傳遞轉(zhuǎn)矩為T(mén)(N0m)，總片數(shù)為m，對(duì)于8孔螺栓，由簡(jiǎn)化條件知，T單片=Tlm，每個(gè)主螺栓上所受的力為F=Tl4mR。

二、聯(lián)軸器膜片的疲勞壽命

由于聯(lián)軸器膜片及撓性筒的材料為鈦合金，因此隨著艦船對(duì)膜片、筒形聯(lián)軸器的需求增大，對(duì)鈦合金材料的需求也越來(lái)越大。目前存在問(wèn)題有以下幾方面：

一、由于鈦合金價(jià)格本身就較貴，而且膜片鍛件對(duì)鈦合金要求較不錯(cuò)，需要通過(guò)很多工序才能達(dá)到要求，再加上膜片鍛件在鍛造和熱處理過(guò)程中廢品率居高不下，導(dǎo)致用于加工膜片的鈦合金價(jià)格高，在一段時(shí)間內(nèi)價(jià)格較不錯(cuò)曾達(dá)到1500元左右/kg，目前價(jià)格也在1000元左右/kg，這樣直接導(dǎo)致了聯(lián)軸器膜片的成本提升，對(duì)聯(lián)軸器膜片的推廣起到了制約作用。

二、由于鈦合金膜片在加工過(guò)程中難度大，加工過(guò)程中廢品率不錯(cuò)，從而也導(dǎo)致鈦合金聯(lián)軸器膜片的制造成本居高不下。

三、膜片材料(TC4)的強(qiáng)度，鍛件生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行固溶相寸效處理，由于膜片鍛件直徑很大而厚度小，鍛件外徑一般在φ600mm以上，目前可達(dá)到φ900mm，而鍛件厚度只有50mm左右，因此在進(jìn)行熱處理過(guò)程中很容易引起鍛件變形大，造成鍛件報(bào)廢。

四、作為膜片鍛件，設(shè)計(jì)方一般要求鍛造廠出廠鍛件平面度要求高，有些廠家為了達(dá)到鍛件出廠平面度的要求，在熱處理時(shí)或熱處理后通過(guò)機(jī)械手段來(lái)強(qiáng)行控制鍛件變形，這樣使得鍛件本身有很大的內(nèi)應(yīng)力存在，結(jié)果在加工中出現(xiàn)應(yīng)力釋放現(xiàn)象，造成鍛件變形很大，導(dǎo)致鍛件在加工中報(bào)廢。

五、為了提升膜片的疲勞壽命，用于加工膜片的TC4鍛件對(duì)高、低倍組織的等級(jí)要求高，因此國(guó)內(nèi)很多鈦合金生產(chǎn)廠家都無(wú)法達(dá)到此項(xiàng)要求。例如，我所曾經(jīng)在某有色金屬加工廠采購(gòu)過(guò)18件TC4鍛件，但較終由于高倍組織不達(dá)到要求而造成鍛件報(bào)廢。