德国KTR联轴器的应力分布情况及改进方法

2020/8/25 技术资讯来源：网络
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德国KTR联轴器的应力分布情况及改进方法
德国KTR联轴器是一种以金属挠性元件来传递转矩而无需润滑的传动装置，广泛应用于德国KTR联轴器挠性元件是由一定数量的薄金属膜片0.2mm~0.6mm叠合而成的膜片组。工作时转矩从主动法兰盘输入，经过沿圆周间隔布置的主动传扭精密螺栓将转矩传输至金属膜片，再由膜片通过从动精密螺栓传至从动法兰盘输出。它通过高强度合金膜片组产生弹性变形来实现联轴器的挠性传动，利用膜片的柔性来吸收输入输出轴间的相对位移，从而补偿传动轴系各个连接部分由于各种因素引起的残余不对中。
德国KTR联轴器能够补偿的不对中形式包括如下3种基本类型：角向(两轴中心线成一定角度交于两轴端之间的中点)、横向(两轴中心线平行偏移)和轴向(两轴轴向间隙过大)。旋转轴系运行时出现的实际偏移往往是以上任意2种不对中的组合或者同时兼有3种不对中形式，因此膜片联轴器实际工作时的载荷及变形比较复杂。
膜片作为膜片联轴器的关键弹性元件，工作时承受的主要负荷。
当德国KTR联轴器旋转时，其角向偏移将产生交变应力，每旋转一周循环交变一次。膜片动应力将导致膜片和螺栓的疲劳破坏，因而准确地计算动静复合应力，是预测膜片联轴器寿命、保证膜片式联轴器可靠工作的关键。
已有的相关研究多限于分析膜片在单独承受某一种载荷时的应力分布情况，而对于膜片实际承受复杂载荷时的动静复合应力较少涉及。
相邻两螺栓孔之间的膜片段可等效为悬臂梁，并利用材料力学的方法推导出连杆型膜片联轴器在单独承受转矩、离心载荷、轴向偏移以及角向偏移时膜片内部应力的计算公式，同时提出了一种计算膜片扭转刚度的方法，是运用经验公式来分析膜片应力和刚度的典型方法，但是其大的不足是无法考虑螺栓孔周围区域应力集中效应的影响，导致计算应力与实际应力有较大的差距。
比较典型的运用有限元法和薄板弯曲理论对膜片应力和疲劳寿命开展的研究。其共同点是首先分析膜片在各种单独工况下的应力，将3种静态应力(轴向弯曲应力、膜片应力、离心应力)的组合应力作为膜片的平均应力，将旋转时角向偏移引起的应力作为交变应力幅，应用静力学分析分别求得平均应力和交变应力幅，然后基于此结果进行疲劳分析。
德国KTR联轴器然而上述研究方法有两点需要改进：
1)一般说来，静态组合应力的分布和角向弯曲应力的分布是不同的。两种情况下大应力点分布的区域严格说来并不重合。
2)旋转除了产生离心力，还会产生惯性力。将大角向偏移产生的应力作为交变应力幅实际上是忽略了惯性力的影响。
我们针对这两点展开研究，以工程应用中常见的束腰型弹性膜片联轴器为例，利用有限元软件ANSYS建模，将瞬态动力学分析方法引入膜片联轴器的应力分析。瞬态动力学方法是用于确定承受任意随时间变化载荷的结构的动力学响应的一种方法，可分析确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的任意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力及力。
德国KTR联轴器是用来联接两轴使其一同旋转，以传递扭矩和运动的一种机械传动装置，在国民经济各领域有着广泛的应用。由于被联接的两轴不可能完全对中，而出现不对中是由于机组的制造误差、安装误差、承载后的变形以及温度的变化等因素引起的。所以就要求联轴器不仅能传递扭矩和运动，而且能吸收两轴的不对中，且对机组的附加影响应尽量小。联轴器的发展和演变始终围绕着这个目标进行。
德国KTR联轴器的形式很多，根据功能和原理的不同分为3类：普通联轴器、安全联轴器、特殊联轴器。安全联轴器是在普通联轴器基础上增加安全机构，一旦扭矩过载，可以使传动中断或限制扭矩的传递，从而保护机器的重要部件不受损坏。特殊联轴器是指用非机械方式联接的联轴器，如液力传动、气压传动或磁力传动的联轴器。
德国KTR联轴器应用为广泛。它又分为刚性联轴器和弹性联轴器两种。刚性联轴器分为刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器。刚性固定式联轴器要求被连接的两轴对中十分，且这种对中精度在工作中不会变化。因此，这类联轴器虽然结构简单、价格低廉，但使用要求过于苛刻，因此很少使用。但是，在某些场合必须用刚性固定式联轴器，比如需要通过星形弹性联轴器传递轴向力的场合，或者某些重载机组用其它联轴器不能满足传扭要求时。刚性可移式联轴器其中的元件间可以相对移动，靠相对可移性这一点来补偿轴线的相对位移，因此容许两轴轴线之间有不大的轴向位移、径向位移和角向位移。人们十分熟悉和广泛使用的齿式联轴器就属于这一类，曾经是高速大功率联轴器的选择。这类德国KTR联轴器由于存在元件之间的相对移动，所以必须提供润滑，而且它的补偿能力受可移原件的相对滑动速度和润滑条件的制约。如齿式联轴器齿面的相对滑动速度应不大于0.12m/s所以在高速重载时，这种联轴器的角向补偿能力很小。为了提高这一补偿能力，齿式联轴器常常做成鼓形齿，结构比较复杂，而且一旦润滑上出了问题将大大降低其使用效果和寿命，这就促使了干式联轴器的发展和使用。

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