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​金属膜片联轴器静动态应力的计算

2021-03-03 09:54:27

金属圆环形膜片联轴器静动态应力的计算:利用ANSYS有限元程序对金属膜片联轴器中圆环式膜片进行静态和动态应力计算。通过实例求出膜片中静态的3种应力组合总应力和角向弯曲动态应力。其结果不仅为膜片疲劳寿命的计算提供依据,且可定性地分析影响膜片疲劳强度因素。金属膜片联轴器主要由金属膜片组、法兰盘、两端轴、中间轴和连接螺栓组成,是一种有广泛发展前途新型的可取代齿式联轴器和弹性联轴器的两轴挠性连接装置。目前常用结构有圆环式、多边式和束腰式。由于圆环式结构简单、制造方便而深受较为广泛的应用。引进的各种装置、设备或引进技术制造的设备上均大量配用此种联轴器。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环所致,因而许多众多地区学者致力于膜片应力和寿命分析,从中研究影响因素。本次研究主要是在重载、高转速、安装有较大偏差工况下对给定的8孔联轴器中的圆环膜片进行应力计算。从中寻求合理的膜片结构参数和允许的安装误差及较大承受载荷。离心惯性力产生的离心应力高转速机械的离心惯性力在结构的应力计算中好重要,其离心惯性力可以按径向单位体力f=(2πn/60)2ρr加载,方向沿径向向外,公式中n为转速,r为半径,ρ为密度。固定中间螺栓孔的径向位移、周向位移和轴向位移,周边无其它载荷作用。(3)轴向安装误差引起的弯曲应力由于在轴线方向的安装实际误差,使膜片沿轴线方向发生弯曲变形。该位移加载在中间螺栓孔处的轴线方向,径向位移和轴向位移固定。(4)角向安装误差引起的弯曲应力(周期性应力)由于在轴线角向的安装实际误差,使膜片沿轴线方向发生周期性弯曲变形,而且它是决定膜片疲劳寿命的主要因素。根据角向偏差计算所引起的中间螺栓孔一周在轴线方向的(沿径向线性变化)位移,径向位移和轴向位移固定。由于膜片实际工作时在螺栓孔周边与法兰相连而深受加固,因此采用刚性域处理,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。决定结构寿命的影响因素主要有动态应力幅和静态平均应力2个方面,影响较大的为应力幅数值。应力幅是指动态应力角向位移引起的弯曲应力幅,平均应力是指3种静态应力(薄膜应力、离心应力、轴向偏差应力)的组合应力,实际工作中转速和转矩的变化、安装误差的调整等均对实际寿命产生明显影响。另外,膜片的制造缺 陷也必会影响其寿命。从受力的角度看,在不变的工况条件下尽可能减少安装误差,从而减少轴向和角向误差,可优良减小静、动态应力。从膜片结构上看可采用柔性好的结构,如目前用的较多的束腰式膜片结构,可减少弯曲应力,提高疲劳强度。