膜片聯軸器膜片強度疲勞分析及工作原理

聯軸器是將驅動部分和從動機構聯結起來一同旋轉并傳遞能量和運動的機械部件。聯軸器可以分為剛性聯軸器和彈性聯軸器，剛性聯軸器通常用于低速重載的概況下，其主要作用是傳遞較大的功率；而彈性聯軸器主要用于高速轉子系統，它利用彈性元件或特定結構來調整和補償由于制造、安裝以及溫度變化而造成的不對中，同時一般彈性聯軸器都具有隔振的功能。在   ，對彈性聯軸器的   也有相當長的時間。

對膜片聯軸器膜片的   主要集中在聯軸器膜片強度方面的   ，還沒有發現關于膜片聯軸器整體建模分析的文獻。目前無論在國內還是   ，在進行膜片疲勞分析時，基本上都是施加靜態載荷計算膜片壽命，這與實際工況有很大的差別。同時，在振動方面國內還沒有發現關于對膜片聯軸器整體系統進行有限元建模進行模態分析。

風力發電機組增速齒輪箱高速軸和發電機轉子軸的連接采用膜片聯軸器，膜片聯軸器能傳遞大功率、壽命長、結構簡單、不需潤滑并能補償軸向、徑向和角向位移，是風力發電機組傳動鏈中的重要部件之一，它要有足夠的強度和剛度，以保證機組在各種載荷情況下能正常運行。而且還要保證機組在遭受一些惡劣外部條件，如臺風或暴風襲擊影響時的   性。為了滿足風電機組的長時間可靠運行要求，   對膜片聯軸器進行強度疲勞分析。

采用有限單元法，以德國船級社(GL)認證規范為依據，對大型水平軸風力發電機組主要零部件高速聯軸器進行強度、疲勞分析計算以及優化設計，以設計出滿足風力發電機組要求的高速聯軸器。

基于某企業需求，對膜片聯軸器進行有限元分析包括以下幾方面的內容：①按照膜片聯軸器的受載情況，對膜片聯軸器進行設計，建立風力發電機組高速膜片聯軸器的實體幾何模型。

②為膜片建立兩種不同單元的有限元模型：四面體和六面體單元，進行對比分析，選擇較優的一種模型進行強度分析。計算了膜片在承受各種載荷情況下的變形和應力大小及其分布，進而對它們進行了   限強度校核和結果分析，保證不同工況下聯軸器的軸向、徑向和角偏移量滿足設計要求。

③對膜片進行疲勞壽命分析，以確保機組的正常運行和使用壽命。

④對膜片進行優化分析，以   較佳的膜片結構。

聯軸器是機械傳動中常用的部件，它主要用來聯接軸與軸，軸與其他回轉零件，以傳遞運動和動力?，F代工業的快速發展，導致各種新型高性能聯軸器的不斷涌現，其中應用于高速重載機械的膜片聯軸器，因其能傳遞大功率、壽命長、結構簡單、不需潤滑、安裝維護簡便并能補償軸向、徑向和角向位移等特點，在   逐漸為人們賞識。據有關資料稱，這種聯軸器有取代齒式聯軸器的趨勢。

在風力發電機組中，常采用剛性聯軸器，彈性聯軸器(或萬向聯軸器)二種方式。剛性聯軸器常用在對中性好的二軸的聯接，而彈性聯軸器則可以為二軸對中性較差時提供二軸的聯接，   重要的是彈性聯軸器可以提供一個彈性環節，該環節可以吸收軸系和外部負載的波動而產生的額外能量。

在風力發電機組中通常在低速軸端(主軸與齒軸箱低速軸聯接處)選用剛性聯軸器。一般多選用漲套式聯軸器、柱銷式聯軸器等。在高速軸端(發電機與齒輪箱高速軸聯接處)選用彈性聯軸器(或萬向聯軸器)。一般選用輪胎聯軸器，或十字節聯軸器。

剛性(漲套式)聯接是一種新型傳動聯結方式。八十年代   上   工業   、如德國日本、美國等在重型載荷下的機械聯接已廣泛采用了這一新技術。它與一般過盈聯接、無鍵聯接相比，脹套聯接具有許多   的優點：

①制造和安裝簡單，安裝脹套的軸和孔的加工不像過盈配合那樣要求高精度的制造公差。安裝脹套也無須加熱、冷卻或加壓設備，只須將螺栓按規定的扭矩擰緊即可。并且調整方便，可以將輪毅在軸上很方便地調整到所需位置。

②有良好的互換性，且拆卸方便。這是因為脹套能把較大配合間隙的輪毅聯接起來。拆卸時將螺栓擰松，即可使被聯結件容易地拆開。

③脹套聯接可以承受重負荷。脹套結構可作成多種式樣，一個脹套不夠，還可多個串聯使用。

④脹套的使用壽命長，強度高。因為它是靠磨擦傳動，對被聯接件沒有鍵槽削弱，也沒有相對運動，工作中不會摩損。脹套在脹緊后，接觸面緊密貼合不易銹蝕。

⑤脹套在超載時，可以保護設備不受損壞。

在風力發電機組中對彈性聯軸器的基本要求為：

①強度高，承載能力大。由于風力發電機組的傳動軸系有可能發生瞬時尖峰載荷，故要求聯軸器的許用瞬時較大轉矩為許用長期轉矩的三倍以上。

②彈性高，阻尼大，具有足夠的減振能力。把沖擊和振動產生的振幅降低到允許的范圍內。

③具有足夠的補償性，滿足工作時兩軸發生位移的需要。

④工作可靠性能穩定，對具有橡膠彈性元件的聯軸器還應具有耐熱性、不易老化等特性。

膜片聯軸器主要由左右半聯軸器、膜片組、中間體、螺栓、防松螺母、墊塊等零部件組成，常見結構。其工作原理為：轉矩從左半聯軸器輸入，經主動高強度螺栓傳輸至膜片組，膜片組再通過從動高強度螺栓將轉矩傳至中間體，同樣轉矩通過另一端的膜片組、高強度螺栓及右半聯軸器輸出。膜片常用的結構有輪輻式、圓環式、連桿式、多邊式、束腰式。 輪幅式和連桿式是早期的形式，圓環式比較簡單，但柔性差，目前常用的還是多 邊式和束腰式。特別是束腰式接近等強度，柔性好，螺栓孔周圍應力低，離心力 小，去除多余質量，轉速還可提高。據企業現場調研目前大多選用束腰式膜片。膜片厚度為0.2-0.6mm，膜片組由   數量的膜片重疊而成。

膜片聯軸器兼有剛性聯軸器(如齒輪聯軸器)和彈性聯軸器(如彈性套柱銷聯軸器)的優點，與齒式聯軸器比較：

①膜片式是借助于元件自身的撓曲來適應軸線的不對中，因而避免了齒式聯軸器的齒面的相對滑移或滾動摩擦接觸，故無需潤滑，省去了復雜滑油系統；②使用壽命長；

③不對中適應能力大，通?？蛇_齒式的十倍；

④軸向推力小，只有齒式的幾分之一。

與彈性套柱銷聯軸器比較：

①膜片聯軸器在角偏轉安裝條件下運轉，傳動效率高于彈性柱銷聯軸器，有節能作用；

②膜片聯軸器在角偏轉安裝條件下運轉，適應能力強，彈性柱銷聯軸器在偏轉20情況下運轉2小時后，彈性圈全部損壞，而膜片聯軸器運動正常，無損壞現象；

③膜片聯軸器具有良好的減振作用，尤其在轉速達10000轉/分以上振動特別小，這種良好性能特別適用于活塞式動力機的傳動系統以及礦山機械、履帶式車輛的傳動。

由于膜片聯軸器滿足風力機對彈性聯軸器的要求，并且比其他彈性聯軸器具有   多優良的性能，因此兆瓦級風電機組增速齒輪箱高速軸和發電機轉子軸的連接采用膜片聯軸器。