膜片联轴器的研究与应用

发布时间：2022-04-04

膜片联轴器是一种全金属挠性联轴器。它通过弹性元件一一膜片组件将驱动机所产生的扭矩传递给从动机，并补偿机组两轴线间由于制造误差、安装误差、承载后的变形以及温度变化等所引起的轴向、径向及角向偏移。

膜片联轴器特点

(1)刚柔特性并存

膜片联轴器在扭转上是刚性的，以拉力的方式传递扭矩(具有同合金钢一样的传扭能力)；在轴向和角向又是挠性的，可适应绝大多数高速大功率轴系挠性传扭的需要。

(2)工作时不需润滑无需维护

任何一台转动设备，即使是定期润滑也会给工作带来很多麻烦。不要润滑的特点或许是许多转动机械的设计者可望而不可及的。润滑不仅会使系统变得复杂(供回油管路、油泵、监测、警报……)，而且常常会因积油、垢积而增加新的不平衡，近一步导致轴系的振动和噪音。无需维护的转动机械(或装置)，应该作为产品设计者的较高宗旨和境界。

(3)可在不干扰主从动装置的情况下装拆

只须设计两个转接法兰，就会在需要时将整台联轴器在一、二个小时内完成装拆或换。这一特点在石油化工流程设备中具有特别的优点。

(4)能在恶劣的条件下运行由于联轴器的关键件一挠性组件一系由不锈钢材料制成，不仅能抗拒酸碱盐的腐蚀，而且能在摄氏300度条件下保持原有的机械性能，这种特性是其它联轴器(特别是橡胶类联轴器)所不及的。

(5)事故预警及失效保护特性

膜片联轴器的失效是指挠性组件损坏导致整台联轴器不能正常工作。当膜片联轴器承受了过大的不对中(角度和/或轴向)时，会在数小时至一周内破坏(关键取决于过大不对中的程度)。当轴系采用了适当的监控手段时，有充分的时间监测到这一过程，并采取适当的处理措施。出现事故一警报一处理，整个过程不是发生在瞬间，而是有一段相当长的时间，这就是膜片联轴器预警的具体体现。同时膜片联轴器即使在膜片断裂的情况下，仍可在短时间内维持扭矩的传递并保持发动机不飞车。

(6)零游隙，不变的低不平衡量，无噪声

联轴器各零件间采用无间隙配合，因此在运行中不仅没有噪声、振动，亦不会产生新的不平衡。

(7)对相连装置施加可预测的低附加负荷

鉴于挠性组件具有的高挠性，因此与同类联轴器相比，膜片联轴器具有较低的轴向刚度和角刚度。而且该负荷通过相关计算可以得出，是可知的。

(8)具有高功率质量比、特别适合连接大功率动力装置

按单位质量传动的功率比值计算，膜片联轴器是很高的。所以它特别适合高速大功率的应用场合。

(9)轴向刚度非线性变化，可制约电动机磁中心飘移

在设计许用位移内，可认为轴向位移和轴向力呈线性关系。一旦超出许用位移界限，轴向力(轴向应力)会增加，此时极易导致联轴器的损坏。

在轴系中，膜片联轴器不仅传递轴系扭矩，而且通过其三维变形补偿轴系的各项偏移，因此将受到扭矩、离心力、轴向力、弯曲力的作用，在上述力的作用下膜片联轴器将产生扭转应力、离心应力、轴向拉应力及角向交变应力，其中扭转应力、离心应力和轴向应力统称为静应力，角向位移引起的交变应力称为动应力。在实际工作状态下，膜片联轴器产生的应力为静动复合应力。

这些应力的存在直接影响了膜片联轴器的性能指标。当应力过大时，膜片联轴器的使用寿命就会降低。其中由于补偿轴系偏移而产生的轴向应力及角向交变应力对膜片联轴器寿命影响较大。该应力的产生主要是由于轴系不对中量过大造成的，当轴系不对中量超过膜片联轴器自身变形补偿能力时，膜片联轴器就会破坏失效。

因此为防止膜片联轴器破坏失效，提高机组轴系找中精度显得尤为重要。找中精度越高，膜片联轴器工作状态下补偿轴系偏移的余量越大，破坏失效的几率越低，使用寿命越长。

目前常用的应力分析方法是解析法和有限元分析法。解析法是通过将膜片组建进行力学模型等效，将扭矩、轴向力、角向力、离心力合成，求得综合应力。以此判断膜片联轴器的静动应力。有限元分析法是利用有限元分析软件建立膜片的有限元模型，通过软件对膜片的各种受力状态进行分析计算，从而得出膜片在工作状态下的应力分布情况。由此可膜片联轴器工作状态下的系数。两种应力分析方法均可得出膜片联轴器工作条件下的应力大小，但是有限分析法能直观的反映出膜片各部分应力的分布。

膜片联轴器运行维护

一般情况下，联轴器无需维护。在机组正常运行72小时后，应对膜片联轴器进行检查，检查之后，可在每次机组检修中对膜片联轴器的状态进行检查。同时当传动系统发生异常现象，其原因可能由膜片联轴器引起时，应对膜片联轴器进行检查。检查的项目包括：检查内容为：

(1)连接螺栓螺母是否存在松动现象。

(2)膜片外露表面是否有裂纹或其他损伤。

(3)根据实际情况决定是否对轴系的找中情况进行复查。

膜片联轴器的故障与损坏，主要与膜片组件有关。当膜片组件承受了过大的偏移或者严重超扭以及两者兼有时便会发生破坏。在新的膜片组件投入运行前，较根本的是查清破坏的原因，并且加以排除。而在重新安装前，应进行例行的找中复查工作。