在现代制造领域,对于可能引发重大质量问题的环节,设计时必须要做潜在失效模式与后果分析。KTR制动盘联轴器作为一种高端联轴器,广泛应用于航空设备和高精机械的高速传动设备中,如果在工作中其制动盘破损失效,将导致相关设备的严重损坏,甚至会威胁相关人员的生命安全,因此增加KTR制动盘联轴器的可靠性,有非常重要的工程意义。
在制动盘联轴器设计中,为了最大程度的增加联轴器柔性, 制动盘的最薄处厚度仅为0.5mm左右,而该联轴器的工作转速高达24000rpm,为了防止制动盘的意外破裂,KTR采用增设冗余结构的方法来加以应对。该冗余结构在设计时要求不干涉联轴器的正常工作,不对动力系统的动态特性产生严重影响,同时当制动盘破损瞬间能够有效接替制动盘进行传扭。因此,需要对制动盘及冗余结构进行综合性设计与分析,从而提高制动盘联轴器的整体可靠性。
首先, 制动盘的设计是KTR制动盘联轴器的关键,KTR在综合考虑柔性、承载、制造及安装误差等各种影响因素的情况下,通过ANSYS建立制动盘的轴对称模型,采用局部细化网格的方法对其进行不同工况下的应力及应变分析,并提出了一种综合优化方法,完成了制动盘的精细化设计。
随后,在对制动盘承受各种变形及载荷的分析基础上,提出一种间隙花键式非工作冗余结构,采用有限元法对其工作时相对位移进行分析,解决了其干涉性问题,并对制动盘的失效模式以及变更模式后的强度进行分析,由此保证了冗余结构接替制动盘进行传扭的可行性。
最后,为了验证KTR制动盘联轴器的整体性能,对核心元件膜盘及联轴器整体的振动模态进行分析,并采用有限元法计算出该联轴器所在传动轴系的临界转速,得出该KTR制动盘联轴器的工作转速处在传动轴系临界转速之下,从而避免其在工作转速范围内产生共振,保证了KTR联轴器工作的安全可靠。通过上述设计与分析,KTR所设计的具有冗余功能的制动盘联轴器满足了其工作要求,实现了所需求的冗余功能,增加了联轴器的安全可靠性,为该型制动盘联轴器的后续设计及实际运用提供了理论参考和相关依据。