膜片受載張口對(duì)膜片聯(lián)軸器周向剛度影響的研究

發(fā)布時(shí)間：2019-06-20

膜片聯(lián)軸器是一種全金屬干式撓性聯(lián)軸器。其撓性元件由合金鋼薄片制成，嵌在半聯(lián)軸器和外套的孔內(nèi)，將輸出軸和輸入軸聯(lián)接起來(lái)。受載時(shí)，膜片組產(chǎn)生彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸器的撓性傳動(dòng)，使聯(lián)軸器可以吸收兩側(cè)傳動(dòng)軸的不對(duì)中和沖擊。同時(shí)，金屬材質(zhì)使其能在其它含有非金屬元件的聯(lián)軸器難以承受的高溫、潮濕等惡劣條件下工作。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，裝拆方便，造價(jià)較低，無(wú)需潤(rùn)滑與維護(hù)。因此，膜片聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用于由電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)或各類(lèi)透平機(jī)械驅(qū)動(dòng)的經(jīng)減速機(jī)減速后的中低速部位。
膜片聯(lián)軸器剛度是用戶選用產(chǎn)品時(shí)的重要參考數(shù)據(jù)。如果剛度過(guò)小，則使得輸入軸與輸出軸受載時(shí)的周向角度偏差變大，降低軸傳動(dòng)的位置精度、同步性。如果剛性過(guò)大，則使傳遞軸與支座間因存在干涉而多一附加載荷，不能補(bǔ)償兩軸間的不對(duì)中。
由于工作原因，筆者有幸參與了關(guān)于膜片聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度的測(cè)試研究，隨后翻閱了有關(guān)中文資料，現(xiàn)場(chǎng)工作的經(jīng)歷讓我不免對(duì)文獻(xiàn)中的理論推導(dǎo)產(chǎn)生了一些懷疑。比如說(shuō)，無(wú)論是對(duì)膜片聯(lián)軸器的數(shù)學(xué)建模，還是有限元仿真，幾乎都假設(shè)各膜片在整個(gè)受載過(guò)程中受力均勻，取膜片組的一個(gè)單片，作為直桿受扭彎曲模型進(jìn)行分析。如果假設(shè)成立，那么各膜片的應(yīng)力應(yīng)變相同，緊密疊合在一起并朝同一方向變形。但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，當(dāng)扭矩增加到某一數(shù)值(該數(shù)值并非定值，并遠(yuǎn)小于額定扭矩)時(shí)，膜片組產(chǎn)生張口，并伴有較大振動(dòng)，并隨扭矩增大而擴(kuò)大，達(dá)到程度時(shí)，扭矩變化很小，而張口顯著擴(kuò)大。很顯然，各膜片受載時(shí)的受力情況并不相同，當(dāng)膜片間的差異隨著扭矩增大而達(dá)到程度時(shí)，膜片組產(chǎn)生張口，而張口的產(chǎn)生顯然對(duì)膜片聯(lián)軸器性能會(huì)產(chǎn)生的影響。
聯(lián)軸器大多被運(yùn)用在機(jī)床和半導(dǎo)體系機(jī)械等機(jī)械上，聯(lián)軸器除了本身具備高剛性外，還應(yīng)具有能耐受反復(fù)扭轉(zhuǎn)負(fù)載的疲憊限度的能力。工作環(huán)境是選擇聯(lián)軸器時(shí)考慮的重要因素之一，如溫度、濕度、水、蒸汽、粉塵、砂子、油、酸、堿、腐蝕介質(zhì)、鹽水、輻射等狀況。對(duì)于高溫、低溫、有油、酸、堿介質(zhì)的工作質(zhì)量，不宜選用以一般橡膠為彈性元件材 料的撓性聯(lián)軸器，應(yīng)選擇金屬?gòu)?性元件撓性聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器等。
膜片聯(lián)軸器是由兩種法蘭半聯(lián)軸器和一組膜片靠螺絲緊固實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)要求：
1)將安裝軸表面的灰塵污濁擦拭干凈，同行抹一層薄薄的機(jī)油或者潤(rùn)滑劑；
(2)將膜片聯(lián)軸器內(nèi)孔清潔干凈，抹機(jī)油或者潤(rùn)滑劑；
(3)將膜片聯(lián)軸器插入安裝軸，如孔徑偏緊，注意避免用鐵錘或硬金屬擊打安裝；
(4)定位完成后，先按對(duì)角線方向，用扭力扳手(規(guī)定的擰緊力矩1/4)輕輕地?cái)Q緊螺絲；
(5)加大力度(規(guī)定擰緊力矩的1/2)重復(fù)完成第4步動(dòng)作；
(6)按規(guī)定的擰緊力矩進(jìn)行擰緊力矩進(jìn)行擰緊固定；
(7)然后，按圓周方向依次擰緊固定螺絲；
一般情況下應(yīng)按機(jī)組的實(shí)際傳遞功率和實(shí)際工作轉(zhuǎn)速來(lái)確定傳遞扭矩選用膜片聯(lián)軸器，這樣選出的膜片聯(lián)軸器不僅能滿足傳扭要求，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)輕巧，對(duì)機(jī)組的附加力和彎矩也小。有些用戶為了追求保險(xiǎn)，選擇聯(lián)軸器時(shí)層層加碼，這樣選用的聯(lián)軸器往往過(guò)于笨重，使用效果不好。
聯(lián)軸器在工作時(shí)受穩(wěn)態(tài)載荷CAL口扭矩、軸向不對(duì)中等環(huán)口交變載荷CAL口交變扭矩、角向和徑向不對(duì)中等)的復(fù)合作用。聯(lián)軸器廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)留有疲勞系數(shù)卿陣與咆的比值天關(guān)鍵受力元件的復(fù)合應(yīng)力點(diǎn)一般落在修正的古德曼曲線伍似恒壽命曲線)的左下方，使疲勞系數(shù)大于1。聯(lián)軸器選型時(shí)廠家會(huì)根據(jù)不同工況下扭矩波動(dòng)的劇烈程度乘以一個(gè)合理的工況系數(shù)漢稱“服務(wù)系數(shù)”天實(shí)際工作點(diǎn)會(huì)進(jìn)一步遠(yuǎn)離古德曼曲線。
總之，膜片聯(lián)軸器選型的依據(jù)應(yīng)是成套商或主機(jī)廠家提供的機(jī)器類(lèi)型和正常情況下的軸功率，不應(yīng)層層加碼。當(dāng)然，有些場(chǎng)合還應(yīng)考慮其它工況。
1、洽理估算熱漲值
由于溫度場(chǎng)的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地計(jì)算機(jī)器由冷態(tài)到熱態(tài)的熱漲值是很困難的。當(dāng)然，膜片聯(lián)軸器有比較大的軸向補(bǔ)償能力。估算時(shí)要考慮轉(zhuǎn)子推力軸承的位置和機(jī)殼死點(diǎn)的位置，確定轉(zhuǎn)子和機(jī)殼的膨脹方向以及機(jī)殼膨脹對(duì)轉(zhuǎn)子位置的影響，然后根據(jù)材料的線漲系數(shù)分別計(jì)算轉(zhuǎn)子和機(jī)殼的膨脹量，進(jìn)行疊加從而求出機(jī)器熱漲造成的軸頭位置變化量。
2、所選聯(lián)軸器應(yīng)能適應(yīng)機(jī)組連續(xù)轉(zhuǎn)速的1100.機(jī)組工作轉(zhuǎn)速不同，聯(lián)軸器的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工精度、動(dòng)平衡精度等要求均不同。一般情況下，聯(lián)軸器制造廠家有不同的系列來(lái)分別滿足不同轉(zhuǎn)速范圍的需要。因此，選擇膜片式聯(lián)軸器型號(hào)時(shí)應(yīng)核查該型號(hào)的*許用轉(zhuǎn)速能否滿足機(jī)組要求。