液压联轴器的结构特点

液压联轴器是现代船舶轴系的一个重要联接部件。特别在军用舰船高强度大扭矩轴系尤其调距桨推进轴系中，液压联轴器的设计和中高强度材料还难以满足舰船轴系传递大扭矩的要求。本文开展舰船高强度大扭矩液压联轴器性能、结构设计及选用低强度材料替代高强度材料的研究，具有重要军事应用意义和经济价值。 本文在液压联轴器受力分析的基础上，从弹性力学的Lame公式出发，建立了液压联轴器弹性力学模型；开展外套单层、双层、多层结构形式的液压联轴器强度分析，进行外套双层预应力优化设计，提出一套简便可靠实用的液压联轴器设计计算公式。结合多年来工程设计和使用经验，提出液压联轴器设计准则，其中包括设计应遵循的规范标准、部件设计基本要求、参数控制原则和结构设计要点及拆装工艺设计要求。应用外套双层预应力优化设计原理制造了一只Φ170高强度液压联轴器进行性能测试，对理论分析和设计正确性进行了验证。这些成果可直接应用于舰船高强度大扭矩液压联轴器设计、制造和安装。 根据液压联轴器外套采用中高强度合金钢材料的特点，开展外套自紧理想弹塑性和线性强化弹塑性的研究。端部条件按闭式自紧(即平面应变状态)，采用Miese屈服准则，建立了弹塑性力学模型，并据此获得液压联轴器外套自紧卸载后的残余应力、全塑性自紧卸载后不出现反向屈服的最佳径比、自紧压力和安装后应力等公式。研究表明：液压联轴器外套全塑性自紧不出现反向屈服的最佳径比不仅与材料的屈服极限、弹性模量、线性强化弹性模量有关，还与鲍辛格效应系数有关；针对GJB3271-98标准所规定的材料和规格，在考虑鲍辛格效应情况下，两种模型材料计算所得到的等效应力误差很小，液压联轴器外套自紧可按理想弹塑性材料进行设计。 根据液压联轴器的结构特点，开展平面和空间轴对称有限元分析。采取非线性接触分析法和外套自紧时采用单元生死法及降温升温法，应用ANSYS 软件完成计算，对轴径Φ170自紧、双层组合、OK公司的单层外套的液压联轴器性能进行比较分析，验证了液压联轴器理论分析的正确性，并获得了液压联轴器的实际应力分布，为改进结构设计提供了依据。 本文研究表明：在材料和结构尺寸相同的情况下，外套双层预应力设计的液压联轴器承载能力比单层外套提高22％，能满足军用舰船高强度大扭矩轴系的要求；在结构尺寸基本相同、使用比国外液压联轴器所选用的屈服极限低的材料的情况下，采用外套双层预应力设计的液压联轴器的最大传递扭矩比国外液压联轴器要大20％；对外套进行自紧处理后的液压联轴器的承载能力比非自紧的液压联轴器提高近50％。