德KTR聯軸器的應力分布情況及改進方法

    德KTR聯軸器的應力分布情況及改進方法
    德KTR聯軸器是一種以金屬撓性元件來傳遞轉矩而無需潤滑的傳動裝置，廣泛應用于德KTR聯軸器撓性元件是由一定數量的薄金屬膜片0.2mm~0.6mm疊合而成的膜片組。工作時轉矩從主動法蘭盤輸入，經過沿圓周間隔布置的主動傳扭精密螺栓將轉矩傳輸金屬膜片，再由膜片通過從動精密螺栓傳從動法蘭盤輸出。它通過強度合金膜片組產生彈性變形來實現聯軸器的撓性傳動，利用膜片的柔性來吸收輸入輸出軸間的相對位移，從而補償傳動軸系各個連接部分由于各種因素引起的殘余不對中。
    德KTR聯軸器能夠補償的不對中形式包括如下3種基本類型：角向(兩軸線成一定角度交于兩軸端之間的中點)、橫向(兩軸線平行偏移)和軸向(兩軸軸向間隙過大)。旋轉軸系運行時出現的實際偏移往往是以上任意2種不對中的組合或者同時兼有3種不對中形式，因此膜片聯軸器實際工作時的載荷及變形比較復雜。
    膜片作為膜片聯軸器的關鍵彈性元件，工作時承受的主要負荷。
    當德KTR聯軸器旋轉時，其角向偏移將產生交變應力，每旋轉一周循環交變一。膜片動應力將導致膜片和螺栓的疲勞破壞，因而準確地計算動靜復合應力，是預測膜片聯軸器壽命、膜片式聯軸器可靠工作的關鍵。
    已有的相關研究多限于分析膜片在單獨承受某一種載荷時的應力分布情況，而對于膜片實際承受復雜載荷時的動靜復合應力較少涉及。
    相鄰兩螺栓孔之間的膜片段可等效為懸臂梁，并利用材料力學的方法推導出連桿型膜片聯軸器在單獨承受轉矩、離心載荷、軸向偏移以及角向偏移時膜片內部應力的計算公式，同時提出了一種計算膜片扭轉剛度的方法，是運用經驗公式來分析膜片應力和剛度的典型方法，但是其大的不足是無法考慮螺栓孔周圍區域應力集中效應的影響，導致計算應力與實際應力有較大的差距。
    比較典型的運用有限元法和薄板彎曲理論對膜片應力和疲勞壽命開展的研究。其共同點是分析膜片在各種單獨工況下的應力，將3種靜態應力(軸向彎曲應力、膜片應力、離心應力)的組合應力作為膜片的平均應力，將旋轉時角向偏移引起的應力作為交變應力幅，應用靜力學分析分別求得平均應力和交變應力幅，然后基于此結果進行疲勞分析。
    德KTR聯軸器然而上述研究方法有兩點需要改進：
    1)一般說來，靜態組合應力的分布和角向彎曲應力的分布是不同的。兩種情況下大應力點分布的區域嚴格說來并不重合。
    2)旋轉除了產生離心力，還會產生慣性力。將大角向偏移產生的應力作為交變應力幅實際上是忽略了慣性力的影響。
    我們針對這兩點展開研究，以工程應用中常見的束腰型彈性膜片聯軸器為例，利用有限元軟件ANSYS建模，將瞬態動力學分析方法引入膜片聯軸器的應力分析。瞬態動力學方法是用于確定承受任意隨時間變化載荷的結構的動力學響應的一種方法，可分析確定結構在靜載荷、瞬態載荷和簡諧載荷的任意組合作用下隨時間變化的位移、應變、應力及力。
    德KTR聯軸器是用來聯接兩軸使其一同旋轉，以傳遞扭矩和運動的一種機械傳動裝置，在民經濟各域有著廣泛的應用。由于被聯接的兩軸不可能*對中，而出現不對中是由于機組的制造誤差、安裝誤差、承載后的變形以及溫度的變化等因素引起的。所以就要求聯軸器不僅能傳遞扭矩和運動，而且能吸收兩軸的不對中，且對機組的附加影響應盡量小。聯軸器的發展和演變始終圍繞著這個目標進行。
    德KTR聯軸器的形式很多，根據功能和原理的不同分為3類：普通聯軸器、安全聯軸器、特殊聯軸器。安全聯軸器是在普通聯軸器基礎上增加安全機構，一旦扭矩過載，可以使傳動中斷或限制扭矩的傳遞，從而保護機器的重要部件不受損壞。特殊聯軸器是指用非機械方式聯接的聯軸器，如液力傳動、氣壓傳動或磁力傳動的聯軸器。
    德KTR聯軸器應用為廣泛。它又分為剛性聯軸器和彈性聯軸器兩種。剛性聯軸器分為剛性固定式聯軸器和剛性可移式聯軸器。剛性固定式聯軸器要求被連接的兩軸對中十分，且這種對中在工作中不會變化。因此，這類聯軸器雖然結構簡單、價格低廉，但使用要求過于苛刻，因此很少使用。但是，在某些場合必須用剛性固定式聯軸器，比如需要通過星形彈性聯軸器傳遞軸向力的場合，或者某些重載機組用其它聯軸器不能滿足傳扭要求時。剛性可移式聯軸器其中的元件間可以相對移動，靠相對可移性這一點來補償軸線的相對位移，因此容許兩軸軸線之間有不大的軸向位移、徑向位移和角向位移。人們十分熟悉和廣泛使用的齒式聯軸器就屬于這一類，曾經是速大功率聯軸器的選擇。這類德KTR聯軸器由于存在元件之間的相對移動，所以必須提供潤滑，而且它的補償能力受可移原件的相對滑動速度和潤滑條件的制約。如齒式聯軸器齒面的相對滑動速度應不大于0.12m/s所以在速重載時，這種聯軸器的角向補償能力很小。為了提這一補償能力，齒式聯軸器常常做成鼓形齒，結構比較復雜，而且一旦潤滑上出了問題將大大降低其使用效果和壽命，這就促使了干式聯軸器的發展和使用。