随着科学技术的不断发展,机械装置的运行速度越来越快,特别是航空设备,这就对动力传动系统的性能提出了更高的要求。膜盘联轴器是连接发动机和其它机械装置的核心元件,其必须具备大功率、高转速以及大载荷等要求。为了保证膜盘联轴器在机械装置高速运行的过程中实现动力传递和机械安全工作,就需要对膜盘联轴器的动力特性、稳定性和可靠性进行研究。本文选择某航空设备中的高速金属膜盘联轴器作为研究对象,采用有限元分析法对金属膜盘联轴器的模型、强度、临界转速、振型、疲劳寿命以及优化设计进行深入的研究。论文研究内容主要包括以下几个方面:本文通过对膜盘联轴器的设计要求和工况条件进行分析,提出了n型结构形状的型面整体连接方式,以减轻联轴器的重量;并通过对膜盘和中间轴工作要求进行分析,设计了由Ti-1023和AMS-6265组成的复合材料联轴器结构;根据膜盘型面等强度近似理论以及影响膜盘性能的关键参数,并考虑制造及安装误差等因素,优化了复合式双曲线膜盘型面;在此基础上设计出适应高转速大扭矩工况的高速金属膜盘联轴器,满足实际工作需求。在完成整体设计的前提下,利用多个有限元分析软件协同仿真,分析高速膜盘联轴器的动态特性,比较不同材料和厚度对其振动模态的影响,得出其振动模态与材料的相关性较小,而与膜盘型面厚度的相关性较大。计算了膜盘的伞振频率,并利于传递矩阵法和有限元法得出该联轴器所在传动轴系的临界转速,验证该高速金属膜盘联轴器的最高转速均在膜盘1阶伞振频率和所在传动轴系临界转速之下,避免在工作转速范围内膜盘共振,保证了联轴器工作的安全可靠。在整个设计和研究工作中,采用有限元的概念来对膜盘的应力进行分析,并通过ANSYS对膜盘分别在扭矩、离心力和不对中载荷和上述三者综合载荷下的应力分布情况,并确定膜盘所受最大应力位置,得出综合载荷下的应力值。将应力分析所得结果导入到通用后处理模块中进行膜盘联轴器的疲劳寿命计算,确定其危险应力区域,并通过计算得出综合载荷下的联轴器寿命,分析轴向偏差和角向偏差对其疲劳寿命的影响,根据对比所提供的类似膜盘联轴器耐久性试验结果,认为该膜盘联轴器符合疲劳强度要求。