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在現代制造領域,對于可能引發重大質量問題的環節,設計時必須要做潛在失效模式與后果分析。KTR制動盤聯軸器作為一種高端聯軸器,廣泛應用于航空設備和高精機械的高速傳動設備中,如果在工作中其制動盤破損失效,將導致相關設備的嚴重損壞,甚至會威脅相關人員的生命安全,因此增加KTR制動盤聯軸器的可靠性,有非常重要的工程意義。
在制動盤聯軸器設計中,為了最大程度的增加聯軸器柔性, 制動盤的最薄處厚度僅為0.5mm左右,而該聯軸器的工作轉速高達24000rpm,為了防止制動盤的意外破裂,KTR采用增設冗余結構的方法來加以應對。該冗余結構在設計時要求不干涉聯軸器的正常工作,不對動力系統的動態特性產生嚴重影響,同時當制動盤破損瞬間能夠有效接替制動盤進行傳扭。因此,需要對制動盤及冗余結構進行綜合性設計與分析,從而提高制動盤聯軸器的整體可靠性。
首先, 制動盤的設計是KTR制動盤聯軸器的關鍵,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,采用局部細化網格的方法對其進行不同工況下的應力及應變分析,并提出了一種綜合優化方法,完成了制動盤的精細化設計。
隨后,在對制動盤承受各種變形及載荷的分析基礎上,提出一種間隙花鍵式非工作冗余結構,采用有限元法對其工作時相對位移進行分析,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度進行分析,由此保證了冗余結構接替制動盤進行傳扭的可行性。
最后,為了驗證KTR制動盤聯軸器的整體性能,對核心元件膜盤及聯軸器整體的振動模態進行分析,并采用有限元法計算出該聯軸器所在傳動軸系的臨界轉速,得出該KTR制動盤聯軸器的工作轉速處在傳動軸系臨界轉速之下,從而避免其在工作轉速范圍內產生共振,保證了KTR聯軸器工作的安全可靠。通過上述設計與分析,KTR所設計的具有冗余功能的制動盤聯軸器滿足了其工作要求,實現了所需求的冗余功能,增加了聯軸器的安全可靠性,為該型制動盤聯軸器的后續設計及實際運用提供了理論參考和相關依據。