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弹性膜片联轴器的结构及压力作用

时间:2017-05-15 15:14 作者:明通机械公司 点击: 次

  弹性膜片联轴器能传递大功率、寿命长、结构简单、不需润滑并能补偿轴向、径向和角向位移,适于在高速大功率机组上使用。风电机组增速齿轮箱高速轴和发电机转子轴的连接采用膜片联轴器,膜片是膜片联轴器的关键部件,为了满足风电机组的长时间可靠运行要求,必须对膜片进行强度疲劳分析。
  膜片联轴器主要由左右半联轴器、膜片组、中间体等零部件组成。其工作原理为:转矩从左半联轴器输入,经主动高强度螺栓传输至膜片组,膜片组再通过从动高强度螺栓将转矩传至中间体,同样转矩通过另一端的膜片组、高强度螺栓及右半联轴器输出。膜片常用的结构有轮辐式、圆环式、连杆式、多边式和束腰式。安装在风电机组中的膜片联轴器,要考虑风机的运行条件、可靠性、安装、刹车和测速等要求。通常与齿轮箱高速轴联接的左半联轴器采用平键联轴器,并配有测速盘和刹车盘;膜片采用四连杆束腰型,并且单个膜片厚度为3mm左右;中间体采用绝缘的玻璃纤维树脂结构,并配有力矩限制器;与发电机转子轴联接的右半联轴器采用无键联轴器。
  膜片联轴器膜片最大应力出现在受拉两孔的中部,主要是因为螺栓孔处受载大,受力面积小,而且在有孔的地方容易引起应力集中。同时可以知道是由拉力引起最大应力出现在螺栓孔中部。计算结果表明,最大应力小于材料的屈服强度,所以膜片的强度满足要求。
  由预紧力引起的应力主要在膜片与垫片接触的区域。由轴向和角向位移引起的应力最大位置出现在膜片与垫片接触的边缘点。但该处的应力比螺栓孔中部的应力要小得多。说明由扭矩和离心力引起的拉力比轴向和角向位移对膜片的强度影响大。
  在压力作用下,构件容易失稳,失稳后扭矩全由拉杆承受,会增大膜片的应力甚至失效,所以对膜片进行屈曲分析很有必要,如果发生屈曲则要对膜片的结构及布局进行重新设计。膜片的作用下,用MSC。Nastran做屈曲分析,得到膜片的安全系数。本膜片联轴器的膜片为双层结构,安全系数为3.5,所以膜片不会发生屈曲。
  从静强度分析结果可知,膜片的应力没有超过给定材料的屈服强度,但是在膜片所受的载荷中,拉力和角位移都是变化的载荷。结构或材料在受到多次重复变化的载荷作用后,应力值虽然没有超过材料的强度极限,甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏,疲劳破坏已经成为引起结构破坏的最主要因素。因此必须对膜片进行疲劳分析,看它能不能满足风电机组20年的寿命要求。
  本分析中采用MSC。Fatigue做疲劳寿命计算。膜片联轴器对于循环应力水平低,寿命长的情况,分析宜采用全寿命分析方法,即S-N法,全寿命分析采用雨流循环计数法和Palmgren-Miner线性累积损伤理论CMiner理论))。在分析过程中给定材料的性能和处理方式,并且把有限元强度分析的结果与载荷时间历程相关联。膜片所受的载荷中拉力和角位移是变化的,所以分析中其它载荷为静载荷,拉力和角位移则根据实际受载情况编制载荷时间历程。平均应力修正采用比较保守的Goodman曲线法。
 

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