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​金属膜片联轴器膜片的疲劳计算

2021-03-03 09:43:35

金属膜片联轴器圆环式膜片的疲劳寿命计算:本文用ANSYS有限元程序计算了膜片中的四种应力(薄膜应力、惯性应力、轴向弯曲应力、角向弯曲应力),并用局部应力应变法计算了膜片的疲劳寿命。给设计、制造、使用膜片联轴器提供一个更全 面合理的疲劳寿命的计算方法。用ANSYS有限元程序对金属膜片联轴器中圆环式膜片进行了应力分析,进而应用局部应力—应变法计算了圆环式膜片的疲劳寿命,并对膜片寿命的影响因素进行了分析讨论,给设计、制造、使用膜片联轴器提供了参考。金属膜片联轴器是一种有广泛发展前途的新型的可以取代齿式联轴器和弹性联轴器的两轴挠性连接装置。实践表明,金属膜片联轴器失效,在通常情况下均为膜片疲劳破坏所致,因而许多众多地区学者致力于膜片应力和寿命分析。用传统的材料力学方法和现代设计方法(有限元法和优化设计)来计算膜片的应力及估算膜片的寿命。取一片膜片的1/4进行应力分析计算。在取出的1/4膜片边缘截面上采用固定约束处理;中间螺栓孔处根据不同工况分别固定径向位移和根据工作参数给定轴向位移;小孔边缘采用刚性域(加固)处理。膜片内外环边自 由。具体计算工况可分为四种情况:1)扭矩产生的薄膜应力;2)离心惯性力产生的离心应力;3)轴向安装误差引起的弯曲应力;4)角向安装误差引起的弯曲应力(周期性应力)根据简化的力学模型,在ANSYS软件中建立实体模型。采用壳单元SHELL63进行有限元网格划分,生成有限元模型。由于实际工作时在螺栓孔周边与法兰相连而深受加固,我们采用刚性域处理,周边小范围内厚度加大。边界条件和载荷按简化的力学模型给出。ANSYS自动生成的有限元模型结点数为592,单元数为516,在螺栓孔附近应力梯度较大,所以节点较密、单元较小。而远离螺栓孔的地方,应力变化较缓,所以节点较疏,单元较大。有限元网格的划分情况和节点编码疲劳裂纹形成寿命估算方法有两种:(1)名义应力法,(2)局部应力-应变法。名义应力法只适用于应力水平较低的高周疲劳问题,当应力水平较高,零件和构件的危险点发生局部屈服时,名义应力法出现了难以克服的缺点,误差较大。此外,名义应力法估算零件和构件的寿命时需要用到许多修正系数和大量的实验曲线,这些都限 制了它的应用。随着技术技术的进步,出现了估算疲劳裂纹形成寿命的一种新的方法,即局部应力-应变法。其基本思想是:认为零件和构件的整体疲劳性能取决于较危险区域的局部应力-应变状态。1)理论疲劳损伤寿命为17年,寿命较长;2)应力幅对疲劳寿命的影响较为显著,应尽可能减少角向安装偏差;3)在三项静态应力中,轴向弯曲应力比扭转和离心应力大得多,轴向弯曲应力对疲劳寿命的影响也较大,从而应尽量减少轴向安装偏差;4)从实际工作的大修周期和计算结果上看,可以减少膜片数量或厚度,以降低成本;5)从不同方向上应力的数值的差异看,可以考虑利用各项异性材料或非金属复合材料代替金属材料。