金屬膜片聯軸器圓環式膜片的疲勞壽命計算：本文用ANSYS有限元程序計算了膜片中的四種應力(薄膜應力、慣性應力、軸向彎曲應力、角向彎曲應力),并用局部應力應變法計算了膜片的疲勞壽命。給設計、制造、使用膜片聯軸器提供一個更全 面合理的疲勞壽命的計算方法。用ANSYS有限元程序對金屬膜片聯軸器中圓環式膜片進行了應力分析,進而應用局部應力—應變法計算了圓環式膜片的疲勞壽命,并對膜片壽命的影響因素進行了分析討論,給設計、制造、使用膜片聯軸器提供了參考。金屬膜片聯軸器是一種有廣泛發展前途的新型的可以取代齒式聯軸器和彈性聯軸器的兩軸撓性連接裝置。實踐表明,金屬膜片聯軸器失效,在通常情況下均為膜片疲勞破壞所致,因而許多眾多地區學者致力于膜片應力和壽命分析。用傳統的材料力學方法和現代設計方法(有限元法和優化設計)來計算膜片的應力及估算膜片的壽命。取一片膜片的1/4進行應力分析計算。在取出的1/4膜片邊緣截面上采用固定約束處理;中間螺栓孔處根據不同工況分別固定徑向位移和根據工作參數給定軸向位移;小孔邊緣采用剛性域(加固)處理。膜片內外環邊自 由。具體計算工況可分為四種情況:1)扭矩產生的薄膜應力;2)離心慣性力產生的離心應力;3)軸向安裝誤差引起的彎曲應力;4)角向安裝誤差引起的彎曲應力(周期性應力)根據簡化的力學模型,在ANSYS軟件中建立實體模型。采用殼單元SHELL63進行有限元網格劃分,生成有限元模型。由于實際工作時在螺栓孔周邊與法蘭相連而深受加固,我們采用剛性域處理,周邊小范圍內厚度加大。邊界條件和載荷按簡化的力學模型給出。ANSYS自動生成的有限元模型結點數為592,單元數為516,在螺栓孔附近應力梯度較大,所以節點較密、單元較小。而遠離螺栓孔的地方,應力變化較緩,所以節點較疏,單元較大。有限元網格的劃分情況和節點編碼疲勞裂紋形成壽命估算方法有兩種:(1)名義應力法,(2)局部應力-應變法。名義應力法只適用于應力水平較低的高周疲勞問題,當應力水平較高,零件和構件的危險點發生局部屈服時,名義應力法出現了難以克服的缺點,誤差較大。此外,名義應力法估算零件和構件的壽命時需要用到許多修正系數和大量的實驗曲線,這些都限 制了它的應用。隨著技術技術的進步,出現了估算疲勞裂紋形成壽命的一種新的方法,即局部應力-應變法。其基本思想是:認為零件和構件的整體疲勞性能取決于較危險區域的局部應力-應變狀態。1)理論疲勞損傷壽命為17年,壽命較長;2)應力幅對疲勞壽命的影響較為顯著,應盡可能減少角向安裝偏差;3)在三項靜態應力中,軸向彎曲應力比扭轉和離心應力大得多,軸向彎曲應力對疲勞壽命的影響也較大,從而應盡量減少軸向安裝偏差;4)從實際工作的大修周期和計算結果上看,可以減少膜片數量或厚度,以降低成本;5)從不同方向上應力的數值的差異看,可以考慮利用各項異性材料或非金屬復合材料代替金屬材料。