膜盘联轴器的轴向刚度分析

    在工业行业中大量高速旋转功率输出设备也普遍使用金属膜盘型联轴器。联轴器的关键在于膜盘，而双曲线膜盘的性能较好，但是加工工艺复杂，安装于飞机和发动机附件机匣之间，除传递功率外，还补偿两端的不对中的缺点，是传动轴系的关键部件。因此不仅需要了解其扭转振动特性和横向振动特性，需要考虑其轴向共振频率。石油行业标准要求所有安装联轴器的实际轴向固有频率不得在下列任何1项的10％以内：(1)从小允许速度到大的连续速度以内的任何速度；(2)以上范围任何速度的2倍；(3)由使用方规定的其他速度或激励频率。

    当膜盘承受扭矩载荷时，采用强度设计方法使膜盘内、外径处的应力相等，(2)假设扭矩值恒定，则膜盘的型面就是1种双曲线型。(3)膜盘型面采用双曲线设计。为了使膜盘具有较好的角向刚度，通常把膜盘厚度设计得很薄，薄处仅0.3～0.4mm。为了提高联轴器的补偿能力，可采用多个膜盘成对设计，作为膜盒的形式出现。

    膜盘联轴器的轴向固有频率主要取决于膜盘组件的刚度和中介轴的质量。轴向刚度分为拉伸刚度和压缩刚度，开展有限元计算，在轴向加载不同力，计算联轴器的轴向变形。膜盘联轴器轴向压缩刚度与压缩量关系。由于膜盘组件的轴向刚度是非线性的，随着膜盘在轴向振动时，其轴向位移不断改变，轴向刚度也随着轴向位移不停变化，轴向固有频率则随着轴向位移变化而变化。而在有限元计算和试验模态分析过程中，仅考虑了自由状态下的轴向固有频率。因此仅考虑转速激励时，在联轴器固有频率相关倍频、分频下运转，不会使联轴器发生轴向共振。轴向拉伸刚度和轴向压缩刚度呈明显的应力刚化现象，尤其是在小变形阶段，非线性特性较明显；由于轴向刚度呈非线性，在仅存在转速激励时，金属膜盘联轴器不会产生轴向共振；如果有外部振源的激振频率与轴向固有频率相重合，可能出现轴向共振的现象。因此，在设计和选用联轴器时，应使轴向激振频率尽量避开或远离联轴器的轴向固有频率。