膜片联轴器主要由左右半联轴器、膜片组、中间体、螺栓、防松螺母、垫块等零部件组成,常见结构。其工作原理为:转矩从左半联轴器输入,经主动螺栓传输至膜片组,膜片组再通过从动螺栓将转矩传至中间体,同样转矩通过另一端的膜片组、螺栓及右半联轴器输出。膜片常用的结构有轮辐式、圆环式、连杆式、多边式、束腰式。轮幅式和连杆式是早期的形式,圆环式比较简单,但柔性差,目前常用的还是多边式和束腰式。特别是束腰式接近等强度,柔性好,螺栓孔周围应力低,离心力小,去除多余质量,转速还可提高。据企业现场调研目前大多选用束腰式膜片。膜片厚度为0.2-0.6mm,膜片组由数量的膜片重叠而成。
金属膜片挠性联轴器的结构主要由金属膜片组(膜片)、半联轴器、中间节、压紧元件、螺栓、防松螺母、垫圈等组成。其工作原理为:转矩从主动端半联轴器输入,经过沿圆周间隔布置的主传扭螺栓将转矩传输至膜片组,再由膜片组通过螺栓传至中间节,并同样由另一端的膜片组、螺栓及从动端半联轴器输出。金属膜片是挠性联轴器的关键部件,它由数量的薄金属膜片叠合而成膜片组,通过它来传递转矩和运动。膜片厚度一般为0.2mm~0.6mm,膜片形状主要有圆环式、轮幅式、连杆式、多边式和束腰式。
对膜片联轴器进行强度疲劳分析应采用有限单元法,以德国船级社(GL)认证规范为依据,对大型水平轴风力发电机组主要零部件高速联轴器进行强度、疲劳分析计算以及优化设计,以设计出达到风力发电机组要求的高速联轴器。对膜片联轴器进行有限元分析包括以下几方面的内容:
一、按照膜片联轴器的受载情况,对膜片联轴器进行设计,建立风力发电机组高速膜片联轴器的实体几何模型。
二、为膜片建立两种不同单元的有限元模型:四面体和六面体单元,进行对比分析,选择较优的一种模型进行强度分析。计算了膜片在承受各种载荷情况下的变形和应力大小及其分布,进而对它们进行了强度校核和结果分析,确定不同工况下联轴器的轴向、径向和角偏移量达到设计要求。
三、对膜片进行疲劳寿命分析,以机组的正常运行和使用寿命。
四、对膜片进行优化分析,以好的膜片结构。
联轴器是机械传动中常用的部件,它主要用来联接轴与轴,轴与其他回转零件,以传递运动和动力。现代工业的快发展,导致各种新型联轴器的不断涌现,其中应用于高速重载机械的膜片联轴器,因其能传递大功率、寿命长、结构简单、不需润滑、安装维护简便并能补偿轴向、径向和角向位移等特点,在逐渐为人们赏识。据有关资料称,这种联轴器有取代齿式联轴器的趋势。
在风力发电机组中,常采用刚性联轴器,弹性联轴器(或万向联轴器)二种方式。刚性联轴器常用在对中性好的二轴的联接,而弹性联轴器则可以为二轴对中性较差时提供二轴的联接,重要的是弹性联轴器可以提供一个弹性环节,该环节可以吸收轴系和外部负载的波动而产生的额外能量。在风力发电机组中通常在低速轴端(主轴与齿轴箱低速轴联接处)选用刚性联轴器。一般多选用涨套式联轴器、柱销式联轴器等。在高速轴端(发电机与齿轮箱高速轴联接处)选用弹性联轴器(或万向联轴器)。一般选用轮胎联轴器,或十字节联轴器。