膜片聯(lián)軸器可以同時(shí)曲向不同的方向,以此來補(bǔ)償偏心。膜片聯(lián)軸器能補(bǔ)償主動(dòng)機(jī)與從動(dòng)機(jī)之間由于制造誤差、安裝誤差、承載變形以及溫升變化的影響等所引起的軸向、徑向和角向偏移。膜片聯(lián)軸器屬金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器,其依靠金屬聯(lián)軸器膜片來聯(lián)接主、從動(dòng)機(jī)傳遞扭矩,具有彈性減振、無噪聲、不需潤滑的優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)今替代齒式聯(lián)軸器及一般聯(lián)軸器的理想產(chǎn)品。
膜片聯(lián)軸器的膜片承受的載荷有以下幾種:
一、膜片承受的離心應(yīng)力。膜片聯(lián)軸器通常是安裝在傳動(dòng)軸上,高轉(zhuǎn)速機(jī)械的離心慣性力在結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算中重要。由螺栓、墊圈等的質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力和由膜片組自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力方向均沿徑向向外,使膜片組受到離心拉應(yīng)力。膜片承受的離心應(yīng)力隨轉(zhuǎn)速而有大變化,但運(yùn)行工況時(shí),也可看作不變應(yīng)力。
二、膜片組的強(qiáng)迫位移。雖然膜片聯(lián)軸器工作時(shí),膜片組件傳遞的扭矩很大,但是實(shí)踐證明:膜片聯(lián)軸器的主要失效不是由膜片組件的傳扭能力不足引起,而是膜片所受交變循環(huán)復(fù)合應(yīng)力所致。而這種復(fù)合應(yīng)力多是由膜片聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸不對中產(chǎn)生的附加載荷引起的。
1、膜片聯(lián)軸器的徑向偏移。僅雙膜片式聯(lián)軸器能夠承受徑向偏移,并且其承受徑向偏移的能力取決于兩組膜片之間的距離。
2、膜片聯(lián)軸器的軸向偏移。膜片聯(lián)軸器的軸向偏移K,受聯(lián)軸器的規(guī)格以及螺栓數(shù)量影響,聯(lián)軸器規(guī)格越大,所能承受的軸向偏移越大。軸向偏移會(huì)對膜片產(chǎn)生很大的應(yīng)力,因此,為聯(lián)軸器使用壽命的長期,要求安裝時(shí)膜片之間盡可能緊密,膜片盡可能平整。同時(shí),由于熱脹冷縮而導(dǎo)致的設(shè)備軸向偏差考慮進(jìn)去。對于雙膜片式聯(lián)軸器,聯(lián)軸器軸向偏移經(jīng)過中間體兩邊的膜片組平均后,膜片組的軸向偏移為膜片聯(lián)軸器軸向偏移的一半。
3、膜片聯(lián)軸器的角向偏移。軸線角向的安裝誤差,使膜片沿軸線方向發(fā)生周期性彎曲變形,它是決定膜片疲勞壽命的主要因素。膜片聯(lián)軸器角向偏移,大的角向偏移將使膜片組承受很大的附加彎矩。對于雙膜片式聯(lián)軸器,膜片組的角向偏移是聯(lián)軸器的角向偏移的一半。
三、膜片承受的轉(zhuǎn)矩
膜片聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí),轉(zhuǎn)矩是通過主動(dòng)螺栓利用膜片元件帶動(dòng)從動(dòng)螺栓,轉(zhuǎn)矩在膜片中產(chǎn)生的沿螺栓分布圓切線方向的拉壓力。扭矩使膜片產(chǎn)生的拉伸或壓縮應(yīng)力隨工況而變化,但運(yùn)行工況時(shí),可看作不變應(yīng)力。
膜片組是膜片聯(lián)軸器的主要彈性元件。膜片組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受拉伸、擠壓、剪切等復(fù)合力,處于復(fù)雜的受力狀態(tài),并由此來傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng),同時(shí)吸收振動(dòng)和補(bǔ)償偏差。由于聯(lián)軸器中其他零件的剛度比膜片大得多,且膜片受力情況較為復(fù)雜,故這里只膜片的應(yīng)力分析。為了簡化計(jì)算,不考慮各膜片間微小的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的表面剪力,即將所有膜片視為一個(gè)整體。
膜片聯(lián)軸器工作時(shí),分別會(huì)受到扭矩引起的疊面應(yīng)力,軸線偏斜而引起的彎曲應(yīng)力,螺栓與膜片質(zhì)量通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心應(yīng)力以及膜片徑向、角向偏移引起的彎曲應(yīng)力等。疊面應(yīng)力會(huì)使螺栓產(chǎn)生剪切應(yīng)力;彎曲應(yīng)力使螺栓產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力,且軸每旋轉(zhuǎn)1周應(yīng)力循環(huán)交變1次;離心力使螺栓產(chǎn)生剪切應(yīng)力,且隨轉(zhuǎn)速而變化。結(jié)合句容發(fā)電廠前置泵膜片聯(lián)軸器失效方式可知,螺栓孔附近膜片受到交變應(yīng)力和復(fù)合應(yīng)力的循環(huán)作用,發(fā)生疲勞斷裂。膜片受壓失穩(wěn)是膜片失效的一種常見故障,由材料力學(xué)可知,若受壓膜片承受大扭矩時(shí)的應(yīng)力大于臨界應(yīng)力,膜片將喪失其原有直線形狀的平衡,而變?yōu)槲潬顟B(tài)。