膜片联轴器膜片强度疲劳分析及工作原理

 膜片联轴器膜片强度疲劳分析及工作原理

联轴器是将驱动部分和从动机构联结起来一同旋转并传递能量和运动的机械部件。联轴器可以分为刚性联轴器和弹性联轴器，刚性联轴器通常用于低速重载的概况下，其主要作用是传递较大的功率；而弹性联轴器主要用于高速转子系统，它利用弹性元件或特定结构来调整和补偿由于制造、安装以及温度变化而造成的不对中，同时一般弹性联轴器都具有隔振的功能。在   ，对弹性联轴器的   也有相当长的时间。

对膜片联轴器膜片的   主要集中在联轴器膜片强度方面的   ，还没有发现关于膜片联轴器整体建模分析的文献。目前无论在国内还是   ，在进行膜片疲劳分析时，基本上都是施加静态载荷计算膜片寿命，这与实际工况有很大的差别。同时，在振动方面国内还没有发现关于对膜片联轴器整体系统进行有限元建模进行模态分析。

风力发电机组增速齿轮箱高速轴和发电机转子轴的连接采用膜片联轴器，膜片联轴器能传递大功率、寿命长、结构简单、不需润滑并能补偿轴向、径向和角向位移，是风力发电机组传动链中的重要部件之一，它要有足够的强度和刚度，以保证机组在各种载荷情况下能正常运行。而且还要保证机组在遭受一些恶劣外部条件，如台风或暴风影响时的   性。为了满足风电机组的长时间可靠运行要求，   对膜片联轴器进行强度疲劳分析。

采用有限单元法，以德国船级社(GL)认证规范为依据，对大型水平轴风力发电机组主要零部件高速联轴器进行强度、疲劳分析计算以及优化设计，以设计出满足风力发电机组要求的高速联轴器。

基于某企业需求，对膜片联轴器进行有限元分析包括以下几方面的内容：①按照膜片联轴器的受载情况，对膜片联轴器进行设计，建立风力发电机组高速膜片联轴器的实体几何模型。

②为膜片建立两种不同单元的有限元模型：四面体和六面体单元，进行对比分析，选择较优的一种模型进行强度分析。计算了膜片在承受各种载荷情况下的变形和应力大小及其分布，进而对它们进行了   限强度校核和结果分析，保证不同工况下联轴器的轴向、径向和角偏移量满足设计要求。

③对膜片进行疲劳寿命分析，以确保机组的正常运行和使用寿命。

   对膜片进行优化分析，以   较佳的膜片结构。

联轴器是机械传动中常用的部件，它主要用来联接轴与轴，轴与其他回转零件，以传递运动和动力。现代工业的快速发展，导致各种新型高性能联轴器的不断涌现，其中应用于高速重载机械的膜片联轴器，因其能传递大功率、寿命长、结构简单、不需润滑、安装维护简便并能补偿轴向、径向和角向位移等特点，在   逐渐为人们赏识。据有关资料称，这种联轴器有取代齿式联轴器的趋势。

在风力发电机组中，常采用刚性联轴器，弹性联轴器(或万向联轴器)二种方式。刚性联轴器常用在对中性好的二轴的联接，而弹性联轴器则可以为二轴对中性较差时提供二轴的联接，   重要的是弹性联轴器可以提供一个弹性环节，该环节可以吸收轴系和外部负载的波动而产生的额外能量。

在风力发电机组中通常在低速轴端(主轴与齿轴箱低速轴联接处)选用刚性联轴器。一般多选用涨套式联轴器、柱销式联轴器等。在高速轴端(发电机与齿轮箱高速轴联接处)选用弹性联轴器(或万向联轴器)。一般选用轮胎联轴器，或十字节联轴器。

刚性(涨套式)联接是一种新型传动联结方式。八十年代   上   工业   、如德国日本、美国等在重型载荷下的机械联接已广泛采用了这一新技术。它与一般过盈联接、无键联接相比，胀套联接具有许多   的优点：

①制造和安装简单，安装胀套的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高精度的制造公差。安装胀套也无须加热、冷却或加压设备，只须将螺栓按规定的扭矩拧紧即可。并且调整方便，可以将轮毅在轴上很方便地调整到所需位置。

②有良好的互换性，且拆卸方便。这是因为胀套能把较大配合间隙的轮毅联接起来。拆卸时将螺栓拧松，即可使被联结件容易地拆开。

③胀套联接可以承受重负荷。胀套结构可作成多种式样，一个胀套不够，还可多个串联使用。

④胀套的使用寿命长，强度高。因为它是靠磨擦传动，对被联接件没有键槽削弱，也没有相对运动，工作中不会摩损。胀套在胀紧后，接触面紧密贴合不易锈蚀。

⑤胀套在超载时，可以保护设备不受损坏。

在风力发电机组中对弹性联轴器的基本要求为：

①强度高，承载能力大。由于风力发电机组的传动轴系有可能发生瞬时尖峰载荷，故要求联轴器的许用瞬时较大转矩为许用长期转矩的三倍以上。

②弹性高，阻尼大，具有足够的减振能力。把冲击和振动产生的振幅降低到允许的范围内。

③具有足够的补偿性，满足工作时两轴发生位移的需要。

④工作可靠性能稳定，对具有橡胶弹性元件的联轴器还应具有耐热性、不易老化等特性。

膜片联轴器主要由左右半联轴器、膜片组、中间体、螺栓、防松螺母、垫块等零部件组成，常见结构。其工作原理为：转矩从左半联轴器输入，经主动高强度螺栓传输至膜片组，膜片组再通过从动高强度螺栓将转矩传至中间体，同样转矩通过另一端的膜片组、高强度螺栓及右半联轴器输出。膜片常用的结构有轮辐式、圆环式、连杆式、多边式、束腰式。 轮幅式和连杆式是早期的形式，圆环式比较简单，但柔性差，目前常用的还是多 边式和束腰式。特别是束腰式接近等强度，柔性好，螺栓孔周围应力低，离心力 小，去除多余质量，转速还可提高。据企业现场调研目前大多选用束腰式膜片。膜片厚度为0.2-0.6mm，膜片组由   数量的膜片重叠而成。

膜片联轴器兼有刚性联轴器(如齿轮联轴器)和弹性联轴器(如弹性套柱销联轴器)的优点，与齿式联轴器比较：

①膜片式是借助于元件自身的挠曲来适应轴线的不对中，因而避免了齿式联轴器的齿面的相对滑移或滚动摩擦接触，故无需润滑，省去了复杂滑油系统；②使用寿命长；

③不对中适应能力大，通常可达齿式的十倍；

④轴向推力小，只有齿式的几分之一。

与弹性套柱销联轴器比较：

①膜片联轴器在角偏转安装条件下运转，传动效率高于弹性柱销联轴器，有节能作用；

②膜片联轴器在角偏转安装条件下运转，适应能力强，弹性柱销联轴器在偏转20情况下运转2小时后，弹性圈全部损坏，而膜片联轴器运动正常，无损坏现象；

③膜片联轴器具有良好的减振作用，尤其在转速达10000转/分以上振动特别小，这种良好性能特别适用于活塞式动力机的传动系统以及矿山机械、履带式车辆的传动。

由于膜片联轴器满足风力机对弹性联轴器的要求，并且比其他弹性联轴器具有   多优良的性能，因此兆瓦级风电机组增速齿轮箱高速轴和发电机转子轴的连接采用膜片联轴器。

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