膜盘联轴器应力冗余设计

1膜盘型面设计及应力分析研究现状

早期使用的联轴器是等厚度膜盘，随着各类机组的发展及工艺能力的提高，膜盘型面发展成锥形，后来又逐渐发展到双曲线形。用三坐标测量仪测量了其型面坐标，对于两个难确定的型面曲线，采用三次样条插值法和TECPLOT软件进行了数据分析，之后用样条函数拟合出该型面的曲线方程。针对在高转速、高扭矩的膜盘联轴器，根据膜盘等强度近似理论推导出膜盘厚度沿半径方向的函数表达式，进行了理论验证。建立膜盘联轴器动静复合应力的分析方法，在此基础上按疲劳分析理论中的局部应力应变法和名义应力法建立膜盘联轴器的寿命分析方法，分别讨论载荷和材料对膜盘寿命的影响，得出各典型型面所适用的工况。膜盘的型面设计常常与膜盘应力分析是分不开的。对于膜盘应力，也有很多学者进行了不同方面的研究，如东南大学的郭小明等对特定的两种材料的膜盘联轴器进行了多种工况下的有限元计算及性能测试，并进行了优化设计。南京航空航天大学的朱可柯等分别对膜盘联轴器非对称弯曲和纯扭转两种状态，通过合理的假设，提出一种新的解析解法。等采用张量分析和能量变分法，在假设的基础上对轴向对称载荷作用下的膜盘联轴器的轴向刚度进行了研究。岳彭等针对直线、锥形及双曲线3种型面的膜盘，利用ANSYS软件分析型线内、外半径比值，型线薄点厚度等参数对膜盘危险区域的影响。对于膜盘的型面，双曲线型面由于其优良的性能是目前运用较多的，然而针对特定场合的膜盘尺寸，因此本文在膜盘型面上的研究也是基于双曲线型面而展开。对于膜盘应力的分析，大部分学者采用有限元法，借助于当前功能有限元分析软件，可以使应力计算达到很高的求解精度。

2膜盘保护及机械冗余设计研究现状

在膜盘联轴器一般结构中，通常由护板对膜盘型面进行保护，并在膜盘过载破损时防止中间件飞出。冗余设计在电气方面的应用较为广泛，而在机械结构方面相对较少，其中具有代表性的是齿轮传动装置的余度设计，如郑州机械研究所的陆军对一台双余度小模数齿轮减速器进行了设计与分析。冗余其实是一个很宽泛的技术概念，其原始概念是指重复配置系统的一些部件，一旦系统发生故障，冗余配置的部件开始介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，通俗的说，就是为了重要系统设备不停止运行

而采取的一些技术措施。冗余技术分为工作冗余和非工作冗余（备用冗余）两类。工作冗余是一种两个或以上的单元并行工作的并联模型，平时由各处单元平均负担工作，因此工作能力有冗余。非工作冗余是指平时只需一个单元工作，另一个单元是冗余的，用于待机备用，冗余结构在整个膜盘联轴器中就属于非工作冗余。冗余技术可提高系统或设备的任务，因此只有在采用元器件和采用简化设计、降额设计等方法都无法满足系统或设备要求，或改进元器件所需费用比系统或设备采用冗余技术的费用，或当基础元器件的速度赶不上新装备、新设备的发展速度时才成为可供采用的方法