金屬撓性膜片聯軸器(簡稱“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、機械制造等領域。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 金屬膜片, 再由膜片通過從動精密螺栓傳 從動法蘭盤輸出。它通過高強度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。
膜片聯軸器能夠補償的不對中形式包括如下3種基本類型:角向(兩軸 線成 角度交于兩軸端之間的中點)、橫向(兩軸 線平行偏移)和軸向(兩軸軸向 過大)。旋轉軸系運行時出現的實際偏移往往是以上任意2種不對中的組合或者同時兼有3 種不對中形式, 因此膜片聯軸器實際工作時的載荷及變形比較復雜。
當膜片聯軸器旋轉時, 其角向偏移將產生交變應力, 每旋轉一周循環交變一次。膜片動應力將導致膜片和螺栓的疲勞破壞, 因而準確地計算動靜復合應力, 是預測膜片聯軸器壽命、 膜片聯軸器可靠工作的關鍵。已有的相關研究多限于分析膜片在單 承受某一種載荷時的應力分布情況, 而對于膜片實際承受復雜載荷時的動靜復合應力較少涉及。
認為相鄰兩螺栓孔之間的膜片段可等效為懸臂梁, 并利用材料力學的方法推導出連桿型膜片聯軸器在單 承受轉矩、離心載荷、軸向偏移以及角向偏移時膜片內部應力的計算公式, 同時提出了一種計算膜片扭轉剛度的方法, 是運用經驗公式來分析膜片應力和剛度的典型方法, 但是其 大的不足是無法考慮螺栓孔周圍區域應力集中效應的影響 , 導致計算應力與實際應力有較大的差距。
比較典型的運用有限元法和薄板彎曲理論對膜片應力和疲勞壽命開展的研究。其共同點是 先分析膜片在各種單 工況下的應力, 將表1 中前3 種靜態應力(軸向彎曲應力、膜片應力、離心應力)的組合應力作為膜片的平均應力, 將旋轉時角向偏移引起的應力作為交變應力幅, 應用靜力學分析分別求得平均應力和交變應力幅, 然后基于此結果進行疲勞分析。
然而上述研究方法有兩點需要改進:
1)一般說來, 靜態組合應力的分布和角向彎曲應力的分布是不同的。兩種情況下 大應力點分布的區域嚴格說來并不重合。
2)旋轉除了產生離心力, 還會產生慣性力。將 大角向偏移產生的應力作為交變應力幅實際上是忽略了慣性力的影響。
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