膜片联轴器又称叠片联轴器、钢片挠性联轴器，具有减震及角向、轴向、径向位移补偿作用，可以使用在恶劣工况条件(如温度变化大、酸碱环境)下，允许被用在高速运转场合且无须润滑。膜片联轴器的易损部件为膜片组件。膜片组件的使用寿命决定了联轴器的使用寿命，决定了联轴器乃至整机的使用成本，包括停机、故障引起的连带损失(这是主要的)。尽管研究人员对膜片联轴器进行了研究，但很多研究成果或者仅限于理论研究，未从结构上提出更佳解决方案，如国内生产的膜片联轴器无论从外观质量还是使用寿命等各个方面与国外产品相比都有一定的差距，引进的膜片联轴器转速可达20000转/分以上，而国产膜片联轴器转速很难超过10000转/分;或者仅限于某种特殊结构探讨，如圆形膜片，得出的结论普及性不强。

　　从中可以看出膜片组件的损坏主要出现在膜片上铰接点附近。本文先基于TRIZ理论确定膜片组的结构，然后利用CosmosWorks对膜片组进行强度分析，设计出结构简单、受力合理、使用寿命长的膜片组件。

　　TRIZ经过60余年的发展，已被世界各国所接受。TRIZ的问题模型共有四种形式：技术矛盾，物理矛盾，物质场问题，知识使能问题。与此相对应，TRIZ的工具也有四种：矛盾矩阵、分离原理、知识与效应库和标准解法系统。技术矛盾指当技术系统的某个特性或参数得到改善的同时，导致另个特性或参数发生恶化而产生的矛盾。

　　TRIZ理论将导致技术矛盾的因素总结成39个通用工程参数，建立了矛盾矩阵表，提供了40个解决技术矛盾的刨新原理。把实际问题转化为技术矛盾之后，利用矛盾矩阵，可以得到推荐的解决所定义的技术矛盾的刨新原理。以这些创新原理作为依据，根据总结归纳的类似问题的类似的标准解决方法，将这些类似的标准解决方法，应用到实际问题之中，就容易找到针对实际问题的一些可行方案。如表1所示，为矛盾矩阵(部分)，它将39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系，很好的解决了设计过程中选择发明原理的难题。矩阵中行描述的工程参数为冲突中恶化的方，列则表示改善的方，行列交叉出的数字为解决此矛盾所推荐的原理序号。

　　根据膜片联轴器的结构及膜片实际损坏情况，确定改进参数为强度，恶化参数为应力或压力。如表1所示，对应的创新原理分别为10，3，18，40，即10预先作用原理，3局部质量原理，18机械振动原理，40复合材料原理，采用这些创新原理都有可能解决本文问题。由于膜片组件的损坏主要出现在膜片铰接点附近，本文仅选用局部质量原理来设计与分析膜片组的构成。

　　局部质量原理具有以下含义：(1)将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀的;(2)让物体的不同部分各具不同的功能;(3)让物体的各部分处于执行各自功能的最佳状态。由此可以看出局部质量原理解决问题的途径有3个，采用“将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀的”方式，确定膜片组结构，如图2所示。

　　膜片是膜片联轴器的主要部件。根据工况条件，膜片常选用lCrl 3、2Crl3、lCrl 8Ni9Ti等材质。数片膜片叠加组装在一起，传递扭矩时允许传动轴有一定的轴向、角度位移，能补偿动力机械和工作机械的安装误差，提高机组工作的可靠性。

　　最大von Mises应力准则基于von Mises-Hencky理论。该理论表示。当von Mises应力等于应力极限时，延性材料开始在某位置屈服。von Mises应力是基于剪切应变能的一种等效应力。

　　如图3所示，为基于最大von Mises应力准则进行的应力分析结。从结果可以看出：(1)最大应力出现在膜片上铰接点附近;(2)增加补片的膜片组，如图3(a)所示。应力幅值明显小于传统结构膜片组，如图3(b)所示;(3)补片能够起到减小局部(膜片铰接点附近)应力值作用。

　　膜片联轴器作为动力机械和工作机械之间的连接设备，工作条件复杂多变。当动力机桶或工作机械存在安装误差，或者动力机械、工作机械工作时存在震动，会使膜片组产生轴向、角度位移，产生附加应力。随着动力机械和工作机械反复启动、正反转，膜片联轴器承受着交变应力作用，膜片损坏形式为疲劳破坏。以前面的vonMises应力分析为基础，分析膜片的疲劳状态，模拟工况条件为联轴器处于经常反复启动、正反转频繁状态，循环次数设定为10如图4所示，分别为带补片膜片组(图a)和不带补片膜片组(图b)的疲劳强度分析情况。从分析结果可以看出带补片的膜片组结构的安全性能明显高于不带补片的膜片组结构，说明带补片膜片组的抗疲劳能力远高于不带补片的膜片组，补片起到了定的抵抗疲劳破坏的作用。

　　考虑到异形补片制作、安装，以及运转过程中可能存在某些问题，故此，可以用圆形补片代替异形补片，如图5所示。圆形补片基本能够起到与异形补片一样的作用。

　　利用TRIZ原理，分析膜片联轴器存在的技术矛盾，利用矛盾矩阵，并结合膜片的工况，天生赢家 一触即发选用局部质量原理，设计出带补片的膜片联轴器新结构。利用SilodWorks软件建模，利用CosmsoWorks软件对带补片的膜片组和传统膜片组机构进行分析，通过比较分析，得出以下结论：(1)在膜片数量相同的情况下，增加补片，膜片组的抗疲劳性能明显提高;(2)在膜片数量相同的情况下，增加补片，有效地降低了膜片组中应力大小;(3)最大应力集中在膜片上孔边缘附近，其它地方较安全。

　　可以根据需要，适当地增加补片数量，或改变补片形状，以设计出结构简单、受力合理、使用寿命长的膜片组件。

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