膜片联轴器扭转特性实验研究.pdf

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1、第44卷第2期化工机械149膜片联轴器扭转特性实验研究李华山赵波冯金强姜来举(海洋石油工程股份有限公司)摘要为了研究螺栓法兰连接、波动载荷和不同预紧力矩对膜片联轴器扭转刚度的影响，搭建了联轴器扭转刚度测试实验台。通过扭转实验机施加扭矩，并采用角位移编码器测量了主动、从动法兰盘的相对扭角；采用扭力扳手实现螺栓预紧力矩的调节。实验结果表明：随着负载的增大，法兰螺栓连接出现了严重的松弛；负载波动情况下，载荷变化越大，刚度变化越大；预紧力矩的减小使滑移力矩减小，但第3阶段的刚度变化不大。预紧力矩减小至6N·m时，第1阶段和第4阶段的刚度明显减小。关键词膜片联

2、轴器螺栓连接扭转刚度中图分类号TQ055文献标识码A文章编号0254-6094(2017)02-0149-05膜片联轴器是靠膜片材料变形来吸收转动轴间各种偏移的一种挠性元件。目前，国内外学者在联轴器的不对中、膜片强度及疲劳等问题上开展了大量研究工作¨”。，但针对不同载荷工况下膜片联轴器扭转刚度的研究较少。而且，国内外联轴器厂家在其选型手册或膜片联轴器图纸中均未提供不同载荷工况下联轴器的刚度值。对于膜片联轴器在不同载荷工况下刚度值以及螺栓连接对扭矩一位移关系的研究。10’“。，将有助于提高轴系扭转振动分析的准确性，为设备的安全可靠运行提供保证。笔者通过

3、模拟实验，采用静态测量方法¨1’123(通过确定施加在被测元件上的扭矩和角位移的关系，间接得到刚度值)开展了不同载荷工况下，膜片联轴器法兰一螺栓一膜片组的扭矩一位移特性的研究。1膜片联轴器及实验台介绍常见的膜片联轴器结构如图1所示，扭矩从一端输入，通过螺栓传递到膜片组，膜片组再通过螺栓将扭矩传递到另一端。它具有无需润滑、承受偏移能力强、环境适应能力好等特性，被广泛应用于汽轮机、压缩机、船用及航空装置中¨3’14。。图l膜片联轴器结构实验台整体布置如图2所示，被测膜片联轴器通过三爪卡盘固定在扭转实验台上，安装时通过百分表定位，保证角向偏差不超过0．6。

4、。通过伺服电机施加扭矩，扭矩可从电脑读取。两个法兰间采用高弹性海绵固定角位移传感器，用以测图2实验台整体布置作者简介：李华山(1981一)，工程师，从事海洋平台油气处理设施的研究。联系人：赵波(1987一)，助理工程师，从事海洋平台油气处理设施的研究，zhaob03@mail．COOeC．tom．cn。150化工机械2017正量半联轴法兰与中间轴法兰的相对扭转角。编码器所能测量的最小角度为4．94”。转角可通过显示仪表读出。膜片联轴器螺栓在实验前进行着色，实验后可以通过颜色的变化情况来观察螺栓与法兰、膜片组的接触状态(安装和拆卸过程中的摩擦并不会造成

5、颜色的磨损)。2实验结果与分析2．1法兰螺栓连接的刚度特性分析通过记录膜片联轴器不同扭矩条件下两法兰的角位移测量结果，绘制膜片联轴器扭矩一角位移关系曲线(图3)，图中横坐标为半联轴法兰和中间轴法兰的相对角位移，纵坐标为伺服电机施加在联轴器上的扭矩，图3中曲线的斜率为膜片联轴器的刚度值。1500．阶段k初1000烈／行夏-i』；介段q—o．00{{一o．004(i：(Iooo．t)gx"o．008喻鐾7／一500-<-,／?／一一阶段5＼／，一1000庐阶踯．J500角位移8／图3膜片联轴器扭矩一角位移关系曲线从图3中可以看出膜片联轴器存在明显迟滞现象

6、，在GilbertBP和RasmussenKJK的实验中同样存在这样的现象¨。。即在某一外扭矩作用下，扭矩从加载一卸载一反向加载一反向卸载的过程，施加扭矩与角位移之间形成一条有规律的封闭曲线，这主要是加载卸载过程中法兰与螺栓接触面的摩擦力方向改变造成的。从实验结果看来，重复性较好。从图3可以看出，螺栓在一次加载一卸载一反向加载过程中，大致经历了6个阶段(图4)。阶段1中，法兰的相对位移很小。这是由于静摩擦力的作用，相对角位移主要来自膜片的拉伸和压缩，而膜片的刚度较大。阶段2中，螺栓法兰连接的刚度突然减小。这主要是由于被测法兰通过高强度螺栓连接，其螺栓

7、与螺栓孑L间有0．05mm的间隙。随着扭矩的增大，负载扭矩逐渐超过静摩擦力矩，接触面开始滑移。第3阶段，螺栓接触到了膜片组，扭矩的传递方式由单纯的摩擦力传递转变为摩擦力和螺栓正压力共同传递。螺栓法兰连接的刚度再次变大。第4阶段，外力矩开始卸载，此时螺栓法兰连接的刚度变大。此时摩擦力又转变为静摩擦力并逐渐减小。由于静摩擦的作用，这时候螺栓法兰的变形又主要来自膜片。阶段5中，随着扭矩进一步卸载并反向加载，摩擦力减小至零随后转变方向又逐渐增大。随着外力克服静摩擦力，接触面开始滑移，螺栓正压力逐渐减小至零，之后螺栓脱离法兰并滑移接触到法兰的另一端，又到了一个

8、由摩擦力和螺栓正压力共同传递扭矩的阶段。@芦⑨翌⑨图4实验过程的法兰与螺栓接触状态变化肘——法兰受到的扭矩；