● 摘要
金属挠性膜片连轴器以其承载能力大，承受不对中能力强，无需润滑的特点，广泛应用在舰船，航空，石油化工和机械制造等领域。使用实践表明，该联轴器 的主要失效形式是膜片在交变载荷作用下的疲劳断裂。随着其需求量不断增大，人们越来越关心不同结构形式的膜片在各种工况条件下较为精准的工作性能和疲劳寿命。在此背景下，本文对膜片连轴器的强度,刚度和寿命设计计算展开研究。首先，文中按照现有设计技术与方法确定了对膜片联轴器进行强度与刚度分析时的载荷模型，在此基础上提出了基于“单片”假设下的单层膜片动静复合应力计算方案，将瞬态动力学分析方法引入膜片联轴器的应力分析，考虑了惯性力项的影响，得到了单层膜片在承受复杂载荷下的稳态动静复合应力。然后，为了研究膜片层间接触状态对于膜片联轴器组件刚度和强度的影响，本文建立了针对少数层膜片（2~6层）的带护垫板的束腰型膜片组件接触模型。定性分析表明，接触状态对于传扭工况的影响较小，对轴向不对中和角向不对中有明显影响，直接导致组件的轴向/角向刚度呈非线性特性。随后，文中提出了一套利用少数层数组件的刚度计算数据拟合外推出整个多层膜片组件刚度的简化计算方案。结果表明，该方案可以显著地缩减计算周期，同时拟合公式基本上能够比较好地与实际计算数据相吻合。在前述工作的基础上，本文认为直接利用联轴器单层膜片的动静复合应力分析结果进行疲劳寿命校核在一定程度上是更为偏安全的考虑。文中分别采用了名义应力法，基于修正Neuber公式的局部应力应变法以及基于有限元分析的局部应力应变法进行校核，所得到膜片联轴器疲劳循环数均超过107，即工程意义上的无限寿命。最后，本文认为对膜片连轴器的疲劳寿命研究，应从微动疲劳入手。