安装误差对膜片联轴器力学性能的影响

膜片联轴器不可避免地存在轴向偏离、角向不对中、径向不对中等安装误差，下面分析各种安装误差对膜片联轴器力学性能的影响。设膜片联轴器轴向误差ΔKa为3 mm，径向误差ΔKr为0．15 mm，角向误差ΔKw为0．5°，轴向和角向安装误差对膜片联轴器的综合位移影响较大，而径向误差对综合位移影响相对较小。由于膜片联轴器等效应力大值出现在外圈螺栓处，主要由螺栓预紧力引起的，安装误差对等效应力大值影响较小，但安装误差对膜片组等效应力及其分布规律有较大影响。

(1)考虑螺栓预紧力、扭矩、离心力等载荷，建立了膜片联轴器计算模型，通过接触有限元分析，了安装误差对膜片联轴器力学性能的影响规律。

(2)各膜片的等效应力值相差较大，两端膜片应力大，中间膜片依次减小且分布较均匀，离心力对膜片应力影响较为明显。

(3)轴向偏离、径向不对中、角向不对中等安装误差对膜片组的综合位移和等效应力有较大影响，其中角向误差的影响大，安装时应严格控制角向误差。

膜片联轴器分析模型为多体接触模型，包括螺母与膜片、膜片与膜片、膜片与联接环、联接环与法兰、法兰与螺母，以及螺母与中间轴、中间轴与膜片、膜片与螺母、铰制孔螺栓与膜片间的接触。对膜片联轴器进行三维接触有限元分析时，有限元模型较大，并且接触对较多，而接触问题本身就是表面非线性问题，计算时间较长，其间还存在迭代收敛问题，因此对网格质量和计算方法都有很高的要求。基于映射网格法，采用8节点六面体Solid45单元对膜片联轴器进行离散化处理，并接触面之间的网格相互对应，以良好的单元质量，提高计算精度。各接触物体间的接触面建立Targe170和Conta174接触单元，各螺栓的预紧力采用Prets179预紧单元模拟，扭矩转化为切向力形式施加到法兰右端，离心力按转速形式施加，中间轴端面施加全约束。整个膜片联轴器的有限元模型，共计节点数127 511，单元数115 049。其中Prets179单元数709，Targe170单元数26 149，Conta174单元数29 343。

2有限元分析结果

在ANSYS环境下，采用扩展拉格朗日法来计算多体接触问题。扩展拉格朗日法是通过改变罚因子寻找拉格朗日乘子的迭代过程。与罚函数法相比，接触刚度系数对它的影响相对较小，计算过程中增广拉格朗日乘子法通常能够产生较的结果。

通过对膜片联轴器的多体接触有限元分析，可得等效应力云图，联轴器仅取1/4，以直观地显示螺栓的应力状态。联轴器大等效应力为362 MPa，出现在外圈螺栓连接处，主要是由外圈螺栓组的预紧力引起。与螺母相联的零件应力也较大。膜片组的大等效应力为106 MPa，出现在膜片与内圈螺栓的接触区域，这是由内圈螺栓组受切向力较大，且为铰制孔螺栓所致。膜片组中右端的膜片等效应力大。膜片联轴器的综合位移云图，联轴器大综合位移为0．710 mm，出现在膜片联轴器外圈螺栓处，这主要是预紧力和扭矩的联合作用的结果。由于外圈与内圈螺栓组预紧力的作用下，膜片受到挤压，膜片中部出现弯曲，膜片组大综合位移出现在膜片中部，其值为0．451 mm。预紧力、扭矩和离心力作用下，膜片组的等效应力和膜片间接触应力分布曲线。各膜片的等效应力值在52～106(MPa)之间，两端膜片应力较大，中间膜片依次减小且分布较均匀，由于转速较高，离心力对膜片应力影响较为明显。膜片组的大接触应力为44．4MPa，其中右端两膜片间的接触应力相对较大，其它膜片间的接触应力分布较为均匀。

膜片结构设计成花形，增强了膜片的扭转刚度，而且增大了膜片的弹性变形，从而使联轴器减振作用大。

新型膜片联轴器的制造精度

联轴器是连接电动机与压缩机的中间部件，它与电动机及转子轴径的配合精度也会对机组的振动产生影响。因此，对压缩机联轴节、电动机联轴节的加工，提出了高的要求，联轴节的内孔、外圆、端面采用磨削加工，在面粗糙度的同时，也满足了同轴度及垂直度的要求，这样不仅提高了电动机联轴节与电动机轴径、压缩机联轴节与转子轴径的配合精度，而且为以后的安装找正带来了方便。联轴器是高速旋转的部件，在工作过程中，其偏心量产生的离心力，能产生很大的不平衡力矩，从而引起振动增强，噪声增大。为了联轴器的不平衡力矩，控制振动起源，使系统传动平稳，将联轴器的动平衡等级提高到级，并且在动平衡结束后，将各联轴节的相对位置，以及各螺栓对应的螺母、孔都做了标记，为以后的安装调试提供了基准。