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复合材料膜片中的 4 种应力

发布者:鑫程机械  发布日期:2018-09-01

膜片联轴器主要是由膜片组件、法兰盘、两端轴、中间轴和连接螺栓组成的传动装置。目前常用金属膜片结构 ,但在实际工作中会受到化工生产环境的影响 ,加速膜片的断裂破坏 ,减少其使用寿命。学者运用传统的材料力学方法 和现代设计方法 (有限元和优化设计 ) 致力于金属膜片应力和寿命分析。笔者用 ANSYS有限元程序计算了给设计复合材料膜片联轴器提供一个、合理的依据。

力学模型简化

取复合膜片的 1 /4 进行应力分析计算,不计各膜片间微小的相对运动所产生的表面剪切和积压 ,认为外载荷平均分布在 6组膜片中 ,每片承受其中的 1 /6,不考虑横向振动产生的相对较小的惯性应力。

在取出的 1 /4膜片边缘截面上采用固定约束处理;中间螺栓孔处根据不同工况分别固定径向位移并根据工作参数给定轴向位移; 小孔边缘采

用刚性域 (加固 ) 处理。膜片内外环边自由。具体计算工况可分为 4种情况。

1转矩产生的薄膜应力

一侧转矩 T产生的力平均分布在 4个间隔相同的螺栓孔上, P = T / ( 4 r) 在所取的 1 /4 膜片上 , 该力沿周向作用于中间螺栓孔一侧中部 ,固定径向位移和轴向位移。

2  离心惯性力产生的离心惯性应力

高转速机械的离心惯性力在结构的应力计算中十分重要 ,该联轴器的转速为 n = 2 960 r/m in, 其离心惯性力可以按径向力 f = ( 2πn / 60 ) 2 ρr加载, 方向沿径向向外 , 固定中间螺栓孔的径向位移、周向位移和轴向位移 , 周边无其他载荷作用。

3轴向安装误差引起的弯曲应力

由于轴线方向的实际安装误差 ,膜片沿轴线方向发生弯曲变形 ,当轴向位移偏差较大时 ,该弯曲变形产生的应力在膜片的应力分析中十分重要。计算时按技术要求给定轴向位移偏差为 [ X ]=2. 8mm , 中间轴两侧分别为 1. 4mm , 该位移加载在中间螺栓孔处的轴线方向 ,径向位移和轴向位移固定。

4角向安装误差引起的弯曲应力 (周期性应力 )由于轴线角向的实际安装误差 ,膜片沿轴线方向发生周期性弯曲变形 ,当角向位移偏差较大时 ,该弯曲变形产生的应力在膜片的应力分析中十分重要 ,而且它是决定膜片疲劳寿命的主要因素。计算时按技术要求给定角向位移偏差 2°,中间轴两侧分别为 1°,根据角向偏差计算所引起的中间螺栓孔一周在轴线方向的 (沿径向线性变化 )位移 ,径向位移和轴向位移固定。


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