膜片聯軸器的有限元優化設計
金屬膜片撓性聯軸器主要有金屬膜片組、法蘭盤、兩端軸、中間軸和鏈接螺栓組成，是一種有廣泛發展前途新型的可取代齒式聯軸器和彈性聯軸器的兩軸撓性連接裝置。目前常用結構有圓環式、多邊式和束腰式。由于圓環式結構簡單、制造方便而較為廣泛的應用。20世紀80年代有引進的各種裝置、設備或引進的技術制造的設備上均大量配用此種聯軸器。實踐證明，金屬膜片聯軸器失效在通常情況下均為膜片疲勞環所致，因為許多學者致力于膜片應力和壽命分析，從中影響因素。本次是在重載、高轉速、安裝有較大偏差工況下對給定的8孔聯軸器中的圓環膜片進行應力計算。從中尋求合理的膜片結構參數和允許的安裝誤差及大承受載荷。
三、主要技術參數及任務
有關技術參數
（1）單個膜片的結構尺寸如右圖所示。
（2）膜片數量17片
（3）工作參數功率 轉速
（4）允許安裝誤差 允許的偏轉角 允許軸向位移
（5）材料為：1Cr18Ni9 材料密度 楊氏模量 ，泊松比
用ANSYS軟件求圓環膜片由離心力所產生的應力
（1）離心慣性應力ANSYS應力計算流程
（2）有限元模型各節點的應力結果
（3）節點應力計算結果
( 4 )節點應力分析結果
四、力學模型簡化
在取出的1/4膜片邊緣截面上采用固定約束處理；中間螺栓孔處根據不同工況分別固定徑向位移和根據工作參數給定軸向位移；小孔邊緣采用剛性域（加固）處理。膜片內外環邊自由。
具體計算工況為：離心慣性力產生的離心應力
高轉速機械的離心慣性力在結構的應力計算中重要，該聯軸器的轉速為 ，其離心慣性力可以按徑向體力 加載，方向沿徑向向外，固定中間螺栓孔的徑向位移、周向位移和軸向位移，周邊無其他載荷作用。
五、1/4有限元模型的建立
根據簡化的力學模型，在ANSYS軟件中建立實體模型。采用殼單元SHELL63進行有限元網格劃分，生成有限元模型。
由于實際工作時在螺栓孔周邊與法蘭相連而加固，我們采用剛性域處理，周邊小范圍內厚度加大。邊界條件和載荷按簡化的力學模型給出。
ANSYS自動生成的有限元模型結點數為592，單元數為516，在螺栓孔附近應力梯度較大，所以節點較密、單元較小。而遠離螺栓孔的地方，應力變化較緩，所以節點較疏，單元較大。有限元網格的劃分情況和節點編碼如圖3-圖10所示，在不同的計算流程中節點編碼上可能存在微小差異，它并不影響應力的計算和分析，結果分析可根據對應點在模型中的具體位置（坐標）來確定。
六、應力分析計算結果
（1）離心慣性應力ANSYS應力計算流程
Ansys前處理（設計變量及參數）→實體建模（聯軸器的結構模型）→網格劃分（節點分布）→載荷情況（主要是聯軸器的轉速）→Ansys求解（施加載荷后受力分析）→Ansys后處理（應力分布圖及各節點的應力數據表）
聯軸器的有限元優化設計室用較簡單的問題代替復雜的問題，然后再求解。在聯軸器的設計過程中，把受力面進行網格劃分，對每一單元設定一個近似解，在求解其域的滿足條件，從而使問題解決，有限元優化法計算精度高，且可以適用于各種形狀。
有限元優化設計的過程為：（1）對聯軸器的元數值進行分析，建立聯軸器的幾何模型，（2）根據其幾何模型對聯軸器進行網格劃分，建立有限元模型；（3）分析其受力情況，結合材料的特性建立目標函數，確定限制域，（4）根據求解情況，對聯軸器進行優化分析和設計。
在對爪式樣聯軸器進行有限元法的優化后發現，應力的大值可以有原來的53.5MPa減小了將近30%，雖然在實際中還有很多的影響因素，但對于設計的改進還是有很大幫助的。
節點應力分析結果
有分析結果可以看出對于圓環形聯軸器膜片的應力分析如下:
大等效應力分布在膜片兩側半圓環上,節點號為67，大的mises應力值為2.9756MPa。小的mises應力分布在遠離螺栓孔即連軸器中側,節點號為281,小應力值為0.47428E-01MPa。設計方面，在聯軸器上，應該減少大應力，控制好轉速，選擇適當的內外半徑，使聯軸器受力平衡，減少損壞，增強性能及延長使用壽命。
