具有冗余功能的高速膜盘联轴器总体方案
具有冗余功能的高速膜盘联轴器总体方案
考虑到材料的轻质、强度重量比是影响膜盘性能的关键因素，因此本文初步选择密度较小、强重比高的Ti-1023作为膜盘联轴器的主要材料。
联轴器作为一个连接输入、输出轴的传动部件，其在传扭时，如果输入轴和输出轴偏斜、不对中，或者转轴受到瞬时冲击时，若柔性较小，会给两端的轴承支撑带来附加载荷，从而使转轴两端的轴承很容易失效，使用寿命降低。而膜盘联轴器在受到这些外载荷时，由于膜盘可以在高速状态下有较大的形变，通过自身的形变来抵消外载荷所带来的扭矩，从而给两端的轴承支撑带来的附加载荷很小，冲击也会小很多，从而延长轴承的使用寿命。。
因此，膜盘是整个联轴器中关键的部件，其设计的好坏是有两个因素决定的：一个是其要能够承受足够大的载荷，另一个是膜盘的柔性要很好[。对于提升承载能力而言，可以将膜盘的余量设计的较大，体现在结构上就是增加膜盘的厚度。然而，这样做一方面无疑会增加膜盘的刚性，由此给转轴两端轴承带来较大的附加载荷，另一方面，会增加膜盘联轴器总体的重量，从而影响膜盘联轴器整体的动态特性。因此，膜盘在设计时，在承载能力的制约条件下，需得出其柔性和重量的匹配，故应该综合考虑承载和柔性这两个矛盾因素，选择的折中方案。
冗余结构的设计原则
除了对关键件膜盘进行合理设计，另一个需要考虑是就是联轴器的稳定性 膜盘联轴器的应用场合，由于其一般用于航空设备及高精机械传动设备中，故需考虑如何在高速下设备及人员问题。如果联轴器在工作中，膜盘突然破裂，由于高速状态下离心力非常大，其飞溅的碎片会直接损坏周围的设备，造成很大的损失，在航空设备中，如果起联接作用的联轴器失效，会导致整个传动系统的失效，对人员会造成很大的威胁。因此，在设计膜盘联轴器时，即使在工作中膜盘破损，也应该对其他设备进行保护，并为整个联轴器留出运转时间。具有失效模式复杂、应力难以准确预计、早期排除失效困难等特点，故对其进行预防有很大困难。冗余技术通俗的来讲就是增加多余的设备。冗余设计是容错设计的一种，关于容错设计与冗余设计，有许多不同的说法。容错被定义为：系统或程序在出现特定的故障情况下，能继续正确运行的能力；冗余是指用多于一种的途径来完成一个规定功能。因此容错反映了产品或系统在发生故障情况下的工作能力，而冗余是指产品通过多种途径完成规定功能的方法和手段。从原理上讲，冗余作为容错设计的重要手段，其实施流程和原则也同样适用于其他容错设计活动。本文在设计时为膜盘联轴器增加了冗余结构，其作用主要有两个方面，一是防止膜盘破损时的飞溅造成对周围设备的损坏，二是当膜盘破损后暂时代替膜盘进行扭矩传递，为停止设备留出运转时间，。冗余结构的设计也有相关的原则，首先，由于这里的冗余采用的是非工作冗余，即在膜盘正常工作时，冗余结构是不工作的，为了其在膜盘正常工作时不会产生干涉，花键的间隙合理设置；其次，当膜盘失效后，冗余结构应有足够的强度能够短时间内接替膜盘传递扭矩，为设备停止留出运转时间；此外，由于膜盘联轴器常用在航空等，增加冗余结构势必会增加联轴器的重量，因此为了不过多的影响联轴器整体的动态性能，增设的冗余结构的重量要尽可能的轻。
2膜盘与相邻件之间的连接
膜盘不仅在功能上是联轴器的核心原件，从整体结构上看，因为其它所有的部件都与膜盘有直接的连接关系，其中包括膜盘与中间轴之间的连接、膜盘与护板之间的连接、膜盘与法兰之间的连接等。在膜盘与中间轴连接时，传统膜盘联轴器一般采用螺栓、键或过盈配合来连接，本文在设计膜盘时为了加工方便同时减小可能出现的附加应力，采用真空电子束焊接的方式将两者焊在一起，这样也可以为膜盘联轴器的整体结构减轻质量。电子束焊(EBW)具有冗余功能的高速膜盘联轴器总体方案一般是指在真空环境下，利用会聚的高速电子流轰击工件接缝，将电子动能转变为热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法[]。其原理是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(2～300kV)加速电场作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3～0.倍光速)，经磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处时，其动能转换为热能，使材料熔化而达到焊接的目的。其之所以能一次焊透数百毫米，是因为焊接过程中一部分材料蒸发，其气流反作用力将熔融的底面金属液体向四周排开，露出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，形成一条深而窄的焊缝。当用电子束焊时，一般是轴向焊，其配合应符合GB101-中H/P，或用径向焊，焊后应即时除应力，并进行超声（或X光）和着色检查。本文采用轴向焊接方法对膜盘和中间轴进行电子束焊接，焊后仍端面跳动要求，以防焊接偏斜和变形。
本章主要对具有冗余功能的膜盘联轴器总体方案进行了阐述。首先，对比传统膜盘联轴器的工作原理，分析了具有冗余功能的膜盘联轴器的工作原理；其次，根据膜盘联轴器工作状态下的设计要求，对其总体方案进行设计，为了轻质且性能优良的膜盘联轴器，初步选用了密度较小、强度重量比高的Ti-10V-2Fe-3Al材料；随后提出了对关键件膜盘进行设计时的基本原则，指出膜盘在设计时，应该综合考虑承载和柔性这两个矛盾因素，在承载能力的制约条件下，得出其柔性和重量的方案；为膜盘联轴器增加了冗余结构，并对该结构设计时的基本原则进行阐述，提出其设计时既不能对膜盘产生干涉，又可以在膜盘断裂后进行传扭，同时要其质量要足够轻；然后对膜盘与相邻件之间的连接进行了设计，膜盘与中间轴之间采用电子束焊接方式进行轴向焊接，而膜盘、护板和法兰之间通过螺栓连接在一起，得出具有冗余功能的膜盘联轴器的整体结构。
