膜盤型面高周疲勞強度優化設計

胡 耿，張 定，譚武中

（1.中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002；2.直升機傳動技術國防科技重點實驗室，湖南 株洲 412002）

1 引言

膜盤聯軸器是一種金屬彈性聯軸器，具有可靠性高、無需潤滑、補償量大等優點，特別適用于高速重載場合，在航空、船舶等領域得到了廣泛應用。膜盤型面是聯軸器的關鍵彈性部位，需要具備足夠的彈性以補償兩端轉子的不對中［1-2］。由于工作時型面應力狀態復雜，在實際使用中以高周疲勞失效為主［3］，因此在設計時需要重點考慮膜盤型面的疲勞強度。

目前對膜盤型面的研究主要以靜態應力為主，對膜盤疲勞的研究較為少見：部分學者分別應用Timoshenko 模型和有限元方法研究了在不同載荷工況下膜盤型面的靜態應力分布［4-6］，并在靜強度分析的基礎上，開展了膜盤優化研究［7-8］；Calistrat、楊憲峰等通過試驗手段研究了膜盤的疲勞特性［3，9］。

為提高膜盤抗疲勞性能，通過分析膜盤在復合工況下的應力，確定了膜盤高周疲勞應力計算方法，并在此基礎上研究了型面參數對膜盤高周疲勞的影響，然后以高周疲勞安全系數最大為目標，建立了基于有限元分析的膜盤型面優化設計方法，最后以某膜盤為算例，完成了優化設計和試驗驗證，證實了該方法的可行性和有效性。

2 膜盤型面結構及參數

膜盤型面通常為變厚薄板，其側面一般為特殊曲線，結構，如圖1所示。膜盤型面曲線方程［2］為：

圖1 膜盤結構Fig.1 Cross-Section of A Diaphragm

式中：t—任意半徑上型面厚度值；ta—型面上最薄處厚度值；……