一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘及其型面设计方法技术

本申请属于航空控发动机轴系连接领域，特别涉及一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘及其型面设计方法，包括：根据单片膜盘的目标工况，计算单片膜盘的传扭切应力；根据所述传扭切应力，确定单片膜盘的型面区域最薄处的半径Rm范围以及最薄处的厚度Hm第一范围；根据型面补偿、离心联合工况径向应力，确定内侧区域的最大厚度Hi第二范围与外侧区域的最大厚度Ho第三范围；在所述第一范围、第二范围以及第三范围之内调整型面区域的厚度，使传扭切应力的最大值与补偿、离心联合工况径向应力最大值相等，按本申请所述设计方法设计的型面使补偿状态下产生的弯曲应力值在较大范围内尽可能均匀分布，从而提高膜盘及联轴器的补偿能力及可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘及其型面设计方法


[0001]本申请属于航空控发动机轴系连接领域，，特别涉及一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘及其型面设计方法。

技术介绍

[0002]膜盘联轴器具有结构简单、轻质、无需润滑等诸多优点，而且振动小、噪音低、操作维护较为方便，适用于大功率,因此被广泛应用于航空领域等对联轴器有高可靠性要求的场所。
[0003]膜盘是膜盘联轴器的关键组件，膜盘的型面设计则是核心技术，不同的载荷及补偿工况需要不同的型面加以匹配，以保证膜盘在安全传扭的前提下具有合适的刚度及补偿能力。
[0004]随着膜盘联轴器使用范围的扩大，对其轴向位移及角向偏斜补偿能力的需求也日益提升，以往针对扭矩载荷优化的型面已无法很好的适应大补偿工况，根据公开的相关技术，部分专利技术人提出了新的膜盘或型面以增加联轴器的补偿能力，如：正弦波形的曲线型膜盘，以及斜线与曲线结合应用的非对称膜盘。但目前尚无统筹承载及补偿能力，实现应力均布的膜盘型面的相关设计及应用介绍，也没有相关设计方法的介绍。
[0005]专利CN201973127U提供了一种双曲线膜盘型面，该型面只传递扭矩时，其剪应力沿半径方向基本相等，具有良好的应力分布。但是其盘缘部位厚度最薄，当此种型面在补偿轴向及角向偏差时，其盘缘区域将承受极大的弯曲应力，导致盘缘附近首先被破坏。相关论文已得出该型面不适用于大补偿工况的结论。
[0006]专利CN106351973A提供了一种正弦波形曲线型面，该膜盘包括一个完整周期的正弦波形型线和一个过渡圆弧线，型面截面为等厚度面。该型面通常以膜盘组的形式安装于联轴器中，膜盘组由多个薄的相互平行的正弦波形膜盘并联组合而成。据介绍，该型面应用了正弦波形的展开作用使膜盘本体轴向位移补偿能力提高，应力减小，并能在更大的轴向变形内保持刚度恒定。显然，该专利所述的正弦波型面较常规屏幕增加了型面的面积，让更大面积的膜盘分担变形，据此降低膜盘的平均应力。该方案缺点有二，首先更大的膜盘面积将使其质量同步增加；其次，由于该膜盘型面采用等厚度设计，已有足够多的研究表明，等厚度设计的膜盘在扭矩作用下型面内侧应力将显著大于外侧，导致应力分布不均，盘心附近的型面将首先出现破坏。
[0007]专利CN210106441U提供了一种一侧为盘面曲线，另一侧为斜线的型面。据介绍，该型面设计目的是减小曲面的切线转角，从而减小整体膜盘盘面的拉压应力差，降低膜盘的交变载荷，增加膜盘联轴器的疲劳寿命。根据专利附图可见，该型面最薄位置依然设置在盘缘处，尽管此型面的在大部分区域较双曲线型面优化了应力分布，但盘缘附近型面仍然是膜盘的薄弱部位。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本申请提供了一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法，所述膜盘的型面区域包括厚度渐变的内侧区域与厚度渐变的外侧区域，内侧区域最薄处与外侧区域最薄处连接；其特征在于，所述设计方法包括：
[0009]根据单片膜盘的目标工况，计算单片膜盘的传扭切应力；
[0010]根据所述传扭切应力，确定单片膜盘的型面区域最薄处的半径Rm范围以及最薄处的厚度Hm第一范围；
[0011]根据型面补偿、离心联合工况径向应力，确定内侧区域的最大厚度Hi第二范围与外侧区域的最大厚度Ho第三范围；
[0012]在所述第一范围、第二范围以及第三范围之内调整型面区域的厚度，使传扭切应力的最大值与补偿、离心联合工况径向应力最大值相等。
[0013]优选的是，所述单片膜盘的目标工况包括轴向补偿量、角向补偿量、扭矩及转速。
[0014]优选的是，确定内侧区域的最大厚度Hi范围与外侧区域的最大厚度Ho范围的方法为：根据型面补偿、离心联合工况径向应力分别调整内侧区域的最大厚度Hi范围与外侧区域的最大厚度Ho范围，使补偿、离心联合工况径向应力值在型面区域最薄点预设范围外的区域内均布。
[0015]优选的是，当传扭切应力的最大值大于补偿、离心联合工况径向应力最大值时，降低型面区域的整体厚度；当传扭切应力的最大值小于补偿、离心联合工况径向应力最大值时，增加型面区域的整体厚度。
[0016]优选的是，型面区域的厚度是通过保持内侧区域的最大厚度Hi、外侧区域的最大厚度Ho与型面区域的最小厚度Hm的比例不变进行调整。
[0017]优选的是，对调整后的型面区域进行目标工况应力计算，验证型面区域的等效应力均匀分布。
[0018]一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘，其型面通过所述膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法设计得到；
[0019]所述膜盘包括：
[0020]盘心，型面区域与盘缘；
[0021]型面区域包括厚度渐变的内侧区域与厚度渐变的外侧区域，内侧区域最薄点与外侧区域最薄点连接形成型面区域的最薄点；内侧区域最厚点通过第一过渡段与盘心连接，外侧区域最厚点通过第二过渡段与盘缘连接；型面区域满足：
[0022]0.6(Ro
‑
Ri)≤Rm
‑
Ri≤0.8(Ro
‑
Ri)；
[0023]Hi＝(4.5～6.5)Hm；
[0024]Ho＝(1.5～2.7)Hm；
[0025]其中，Ro为外侧区域最厚处的半径；Ri为内侧区域最厚处的半径。
[0026]优选的是，型面区域的两端面轮廓线包括多段直线、向中间凹陷的曲线或者型面区域的一端面的轮廓线为多段直线另一端面的轮廓线为向中间凹陷的曲线。
[0027]本申请的优点包括：
[0028]1)按本申请所述设计方法设计的型面使补偿状态下产生的弯曲应力值在较大范围内尽可能均匀分布，从而提高膜盘及联轴器的补偿能力及可靠性。
[0029]2)按本申请所述设计方法设计的型面统筹了承载能力与补偿能力，使等效应力均匀分布，最大程度提高了材料的使用效率。
[0030]3)按本申请提供的型面设计方法明确了此类型面的设计过程，便于设计高性能膜盘型面。
附图说明
[0031]图1是本申请一优选实施方式膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法流程图。
[0032]图2本申请一优选实施方式膜盘联轴器的高补偿能力膜盘示意图。
具体实施方式
[0033]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
[0034]本申请提供了一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法，所述膜盘的型面区域3包括厚度渐变的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法，所述膜盘的型面区域(3)包括厚度渐变的内侧区域(6)与厚度渐变的外侧区域(7)，内侧区域(6)最薄处与外侧区域(7)最薄处连接；其特征在于，所述设计方法包括：根据单片膜盘的目标工况，计算单片膜盘的传扭切应力；根据所述传扭切应力，确定单片膜盘的型面区域(3)最薄处的半径Rm范围以及最薄处的厚度Hm第一范围；根据型面补偿、离心联合工况径向应力，确定内侧区域(6)的最大厚度Hi第二范围与外侧区域(7)的最大厚度Ho第三范围；在所述第一范围、第二范围以及第三范围之内调整型面区域(3)的厚度，使传扭切应力的最大值与补偿、离心联合工况径向应力最大值相等。2.如权利要求1所述的膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法，其特征在于，所述单片膜盘的目标工况包括轴向补偿量、角向补偿量、扭矩及转速。3.如权利要求1所述的膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法，其特征在于，确定内侧区域(6)的最大厚度Hi范围与外侧区域(7)的最大厚度Ho范围的方法为：根据型面补偿、离心联合工况径向应力分别调整内侧区域(6)的最大厚度Hi范围与外侧区域(7)的最大厚度Ho范围，使补偿、离心联合工况径向应力值在型面区域(3)最薄点预设范围外的区域内均布。4.如权利要求1所述的膜盘联轴器的高补偿能力膜盘型面设计方法，其特征在于，当传扭切应力的最大值大于补偿、离心联合工况径向应力最大值时，降低型面区域(3)的整体厚度；当传扭切应力的最大值小于补偿、离心联合工况径向应力最大值时，增加型面区域(3)的整体厚度。5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张津铭，孙立业，郝燕平，李为，苏桂英，商鹏程，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：