金屬撓性膜片聯(lián)軸器(簡(jiǎn)稱(chēng)“膜片聯(lián)軸器”)，是一種以金屬撓性元件來(lái)傳遞轉矩而無(wú)需潤滑的傳動(dòng)裝置，廣泛應用于艦船、航空、石油化工、機械制造等。其撓性元件是由數量的薄金屬膜片0.2mm~0.6mm疊合而成的膜片組。工作時(shí)轉矩從主動(dòng)法蘭盤(pán)輸入，經(jīng)過(guò)沿圓周間隔布置的主動(dòng)傳扭螺栓將轉矩傳輸至金屬膜片，再由膜片通過(guò)從動(dòng)螺栓傳至從動(dòng)法蘭盤(pán)輸出。它通過(guò)合金膜片組產(chǎn)生彈性變形來(lái)實(shí)現聯(lián)軸器的撓性傳動(dòng)，利用膜片的柔性來(lái)吸收輸入輸出軸間的相對位移，從而補償傳動(dòng)軸系各個(gè)連接部分由于各種因素引起的殘余不對中。

膜片聯(lián)軸器能夠補償的不對中形式包括如下3種基本類(lèi)型：角向(兩軸線(xiàn)成角度交于兩軸端之間的中點(diǎn))、橫向(兩軸線(xiàn)平行偏移)和軸向(兩軸軸向間隙過(guò)大)。旋轉軸系運行時(shí)出現的實(shí)際偏移往往是以上任意2種不對中的組合或者同時(shí)兼有3種不對中形式，因此膜片聯(lián)軸器實(shí)際工作時(shí)的載荷及變形比較復雜。

膜片作為膜片聯(lián)軸器的關(guān)鍵彈性元件，工作時(shí)承受的主要負荷。

當膜片聯(lián)軸器旋轉時(shí)，其角向偏移將產(chǎn)生交變應力，每旋轉一周循環(huán)交變一次。膜片動(dòng)應力將導致膜片和螺栓的疲勞破壞，因而準確地計算動(dòng)靜復合應力，是預測膜片聯(lián)軸器壽命、膜片式聯(lián)軸器工作的關(guān)鍵。

已有的相關(guān)多限于分析膜片在單獨承受某一種載荷時(shí)的應力分布情況，而對于膜片實(shí)際承受復雜載荷時(shí)的動(dòng)靜復合應力較少涉及。

相鄰兩螺栓孔之間的膜片段可等效為懸臂梁，并利用材料力學(xué)的方法推導出連桿型膜片聯(lián)軸器在單獨承受轉矩、離心載荷、軸向偏移以及角向偏移時(shí)膜片內部應力的計算公式，同時(shí)提出了一種計算膜片扭轉剛度的方法，是運用經(jīng)驗公式來(lái)分析膜片應力和剛度的典型方法，但是其大的不足是無(wú)法考慮螺栓孔周?chē)鷧^域應力集中效應的影響，導致計算應力與實(shí)際應力有較大的差距。

比較典型的運用有限元法和薄板彎曲理論對膜片應力和疲勞壽命開(kāi)展。其共同點(diǎn)是先分析膜片在各種單獨工況下的應力，將3種靜態(tài)應力(軸向彎曲應力、膜片應力、離心應力)的組合應力作為膜片的平均應力，將旋轉時(shí)角向偏移引起的應力作為交變應力幅，應用靜力學(xué)分析分別求得平均應力和交變應力幅，然后基于此結果進(jìn)行疲勞分析。

然而上述方法有兩點(diǎn)需要改進(jìn)：

1)一般說(shuō)來(lái)，靜態(tài)組合應力的分布和角向彎曲應力的分布是不同的。兩種情況下大應力點(diǎn)分布的區域嚴格說(shuō)來(lái)并不重合。

2)旋轉除了產(chǎn)生離心力，還會(huì )產(chǎn)生慣性力。將大角向偏移產(chǎn)生的應力作為交變應力幅實(shí)際上是忽略了慣性力的影響。

我們針對這兩點(diǎn)展開(kāi)調查，以工程應用中常見(jiàn)的束腰型彈性膜片聯(lián)軸器為例，利用有限元軟件ANSYS建模，將瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法引入膜片聯(lián)軸器的應力分析。瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)方法是用于確定承受任意隨時(shí)間變化載荷的結構的動(dòng)力學(xué)響應的一種方法，可分析確定結構在靜載荷、瞬態(tài)載荷和簡(jiǎn)諧載荷的任意組合作用下隨時(shí)間變化的位移、應變、應力及力。