循环水泵膜片联轴器螺栓断裂原因分析.doc

循环水泵膜片联轴器螺栓断裂原因分析摘要：本文利用强度校核的方法，分析了膜片联轴器螺栓断裂的原因并对螺栓的装配方式提出了改进建议。关键词：膜片联轴器 螺栓断裂 强度校核 扭矩1前言某厂循环水装置新安装的一台双吸型离心式水泵运行仅三天便发生了联轴器螺栓断裂的现象。断裂部位：螺纹根部。新更换的联轴器螺栓在安装时严格按照说明书对联轴器中心、螺栓扭矩进行质量控制，但类似现象再次发生。运行工况：驱动电机功率：350KW， 转速：1845r/min 联轴器形式：单金属膜片联轴器联轴器螺栓：螺纹规格：M16 ；拧紧力矩250NM ；材质：40Cr； 数量：8件1.1螺栓受力状态分析 膜片联轴器（又称金属叠片联轴器）由若干个叠合的金属膜片用螺栓交错地与两半联轴器（又称半对轮）连接而成，利用金属膜片的弹性变形来补偿两轴的相对偏移。设备运转过程中，联轴器依靠膜片与半对轮之间的正压力产生的摩擦力来传递扭矩。这种正压力为螺栓的预紧力。显然联轴器螺栓为紧连接状态。螺栓危险截面螺纹根部小径处除受拉应力外，还受到螺纹拧紧力矩所引起的扭转应力。若螺栓预紧力过小，膜片同半对轮间产生的摩擦力不足以传递扭矩，那么膜片与半对轮将产生相对滑移，螺栓进而承受一定的剪切力。为了判断螺栓是否承受剪切力，必须校验膜片与半对轮间的摩擦力。对于M10M68的粗牙螺纹，拧紧力矩同预紧力之间的关系为【1】： (1) 式中： 则: (2)膜片同半对轮间的静摩擦力为： (3)联轴器需传递的扭矩为： (4) 设半对轮螺栓节圆半径为,则半对轮上螺栓处的扭力为： (5) 将下表-1中相关数据带入以上五式中，表-1联轴器螺栓相关参数公称直径/mm螺纹小径/mm半对轮节圆半径/mm螺栓材质螺栓总数/件1613.83511340Cr840Cr常温下的性能参数参数名称强度极限/MPa屈服极限/MPa安全系数s数值9817851.2-1.5得： 当时，联轴器靠两半轮与膜片间的摩擦力来传递扭矩，螺栓不承受剪切力。在强度校核时只需校核拉应力与扭转应力的和应力是否超过许用应力。1.2螺栓强度校核拧紧螺栓时，螺杆不仅仅承受轴向预紧力产生的拉应力，其危险截面即螺纹小径处还受到螺纹拧紧力矩所引起的扭转应力【2】 (6)式中： (7)对于塑性材料，第四强度理论认为形状改变比能是引起屈服的主要因素，即无论什么应力状态，只要形状改变必能达到与材料性质有关的某一极限值，材料就发生屈服。螺栓承受的当量应力【3】为： (8)联轴器螺栓为二向应力状态，即： (9) 将式(6)、(9)代入式（8）得： （10）将式（7）、（2）代入式（10）并代入相关数据，得：而螺栓的许用应力 (11)显然：在式（11）的运算中，我们选取了最小的安全系数。故该联轴器螺栓运行是非常不安全的。为此，我们就联轴器螺栓的紧固力矩向联轴器制造商、泵制造商提出质疑。原因竟是泵制造商上在整机随带的设备安装使用说明书上由于编辑人员的疏忽将螺栓紧固力矩误写为。校核拧紧力矩为状态下的螺栓的安全性： 即 ， 按照的力矩紧固的螺栓式安全可靠的。事后厂家重新发来一套同一规格的膜片及联轴器螺栓，螺栓拧紧力矩严格要求，至今运行3个月无任何异常。1.3结论1、对于重要场合、部位的联轴器螺栓应严格控制其预紧力。预紧力过大螺栓有发生塑性变形的可能进而失效；预紧力过小膜片与半对轮间的摩擦力将不足以传递扭矩，这样联轴器螺栓将承受一额外的剪切力，成为三项应力状态，应避免这种状态的出现。在最小预紧力的要求时依此为准则。2、运行状态下螺栓即使承受了剪切力，其剪切面也应避开（远离）整个螺栓上最为危险的截面-螺纹根部横向截面。科学、合理的装配方式如