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在現(xiàn)代制造領(lǐng)域,對于可能引發(fā)重大質(zhì)量問題的環(huán)節(jié),設(shè)計時必須要做潛在失效模式與后果分析。KTR制動盤聯(lián)軸器作為一種高端聯(lián)軸器,廣泛應(yīng)用于航空設(shè)備和高精機(jī)械的高速傳動設(shè)備中,如果在工作中其制動盤破損失效,將導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞,甚至?xí){相關(guān)人員的生命安全,因此增加KTR制動盤聯(lián)軸器的可靠性,有非常重要的工程意義。
在制動盤聯(lián)軸器設(shè)計中,為了最大程度的增加聯(lián)軸器柔性, 制動盤的最薄處厚度僅為0.5mm左右,而該聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高達(dá)24000rpm,為了防止制動盤的意外破裂,KTR采用增設(shè)冗余結(jié)構(gòu)的方法來加以應(yīng)對。該冗余結(jié)構(gòu)在設(shè)計時要求不干涉聯(lián)軸器的正常工作,不對動力系統(tǒng)的動態(tài)特性產(chǎn)生嚴(yán)重影響,同時當(dāng)制動盤破損瞬間能夠有效接替制動盤進(jìn)行傳扭。因此,需要對制動盤及冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性設(shè)計與分析,從而提高制動盤聯(lián)軸器的整體可靠性。
首先, 制動盤的設(shè)計是KTR制動盤聯(lián)軸器的關(guān)鍵,KTR在綜合考慮柔性、承載、制造及安裝誤差等各種影響因素的情況下,通過ANSYS建立制動盤的軸對稱模型,采用局部細(xì)化網(wǎng)格的方法對其進(jìn)行不同工況下的應(yīng)力及應(yīng)變分析,并提出了一種綜合優(yōu)化方法,完成了制動盤的精細(xì)化設(shè)計。
隨后,在對制動盤承受各種變形及載荷的分析基礎(chǔ)上,提出一種間隙花鍵式非工作冗余結(jié)構(gòu),采用有限元法對其工作時相對位移進(jìn)行分析,解決了其干涉性問題,并對制動盤的失效模式以及變更模式后的強(qiáng)度進(jìn)行分析,由此保證了冗余結(jié)構(gòu)接替制動盤進(jìn)行傳扭的可行性。
最后,為了驗證KTR制動盤聯(lián)軸器的整體性能,對核心元件膜盤及聯(lián)軸器整體的振動模態(tài)進(jìn)行分析,并采用有限元法計算出該聯(lián)軸器所在傳動軸系的臨界轉(zhuǎn)速,得出該KTR制動盤聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速處在傳動軸系臨界轉(zhuǎn)速之下,從而避免其在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生共振,保證了KTR聯(lián)軸器工作的安全可靠。通過上述設(shè)計與分析,KTR所設(shè)計的具有冗余功能的制動盤聯(lián)軸器滿足了其工作要求,實現(xiàn)了所需求的冗余功能,增加了聯(lián)軸器的安全可靠性,為該型制動盤聯(lián)軸器的后續(xù)設(shè)計及實際運用提供了理論參考和相關(guān)依據(jù)。