小型膜片联轴器性能对比｜SD Series vs SAD Series 结构解析
[成一机工视频资料]
Chapter 16. 通过结构解析比较小型膜片联轴器性能
SD Series VS SAD Series
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🔎 成一机工膜片联轴器的种类
成一机工的膜片联轴器主要分为以下 4 个系列。
SD / SAD / SHD / SCD
✅ SD Series
单膜片联轴器
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✅ SAD Serie
针对小型规格（外径小于 50 mm），以高扭矩、高刚性为目标进行设计
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✅ SHD Series
针对大型规格（外径 50 mm 以上），以高强度、高刚性为目标进行设计
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✅ SCD Serie
不仅具备高强度、高刚性，还采用更加精密的设计，以适用于高速旋转
☑️ 多种膜片联轴器，有何不同？
成一机工的膜片联轴器不仅在外形和尺寸方面有所不同，
还根据不同设计特点划分为多个系列。
那么，各系列之间究竟有哪些差异？
决定联轴器性能的关键差异，又是从哪里开始的呢？
关键在于膜片的设计。
☑️ 膜片联轴器的核心——膜片设计
膜片联轴器之间的性能差异，首先体现在膜片设计上。
成一机工的膜片联轴器由多个不同系列组成。
这些系列的区分并不仅仅是产品阵容上的不同，
而是源于膜片联轴器核心部件——膜片（Disc Spring）的设计差异。
各系列通过对膜片形状以及组装螺栓（组装孔）数量进行不同设计，
从而针对所需性能和使用环境进行优化。
下面将根据结构解析*结果，分析膜片设计差异会对联轴器性能产生怎样的影响。
◆ 结构解析（Structural Analysis）
结构解析是通过数值计算方法，对结构的强度、变形、振动、噪声、温度分布等特性进行分析。
在设计初期阶段，通过预测结构在受到外力作用时可能产生的变形或损伤，从而预先验证结构的稳定性。
☑️ 结构解析对象
本次比较对象为小型膜片联轴器 SDS-39C 和 SADS-40C。
在相同轴内径条件下施加相同扭矩，
对膜片的等效应力（Von Mises Stress）*以及联轴器的扭转特性进行对比分析。
◆ 应力（Stress）
当材料受到外力作用时，其内部会产生抵抗该外力的作用力，这种力的作用状态称为应力（Stress）。
例如，当强风吹来时，为了避免身体被吹动，会向相反方向用力抵抗，可以将其理解为类似的概念。
即使受到相同的外力，根据材料的形状和结构，所产生的应力大小也可能不同，且不同材料所能承受的应力极限也有所不同。
◆ 等效应力（Von Mises Stress）
材料内部的应力由多个方向的正应力分量和剪应力分量共同作用，
因此仅凭各个应力分量，很难判断材料是否发生屈服*。
等效应力（Von Mises Stress）是将这种复杂的应力状态换算为单一数值的指标。
通过将计算得到的等效应力与材料的屈服应力（Yield Stress）进行比较，可以更加直观地判断材料是否达到屈服状态。
◆ 屈服（Yield）
轻轻拉伸弹簧后松开，弹簧会恢复到原来的形状；
但如果变形超过一定程度，则可能无法完全恢复到原始状态。
像这样，材料开始产生永久变形的现象称为屈服（Yield），此时对应的应力值称为屈服应力（Yield Stress）。
材料一旦发生屈服，即使移除外力，也无法完全恢复到原来的形状。
本次结构解析中使用的膜片材料屈服应力约为 745 MPa。
☑️ 施加 6 N·m 扭矩时的应力对比
对 SDS-39C 施加其允许扭矩 6 N·m 进行结构解析，结果如下：
SDS-39C：最大等效应力 99.0 MPa
SADS-40C：最大等效应力 59.6 MPa
可以看出，即使在相同的扭矩条件下，SADS-40C 所产生的应力也更低，
表明其能够更加有效地分散载荷。
☑️ 施加 12 N·m 扭矩时的应力对比
以 SADS-40C 的允许扭矩 12 N·m 为相同条件进行了对比分析。
结构解析结果如下：SDS-39C：最大等效应力 142 MPa
SADS-40C：最大等效应力 84 MPa
特别是SDS-39C 随着扭矩的增加，应力大幅上升，
而 SADS-40C 则保持了相对稳定的应力分布。
此外，即使是在无轴对中误差的理想条件下进行的线性静态结构解析*的结果中，
考虑安全系数（4）*后，SDS-39C 的最大应力也达到了允许应力（约 185 MPa）的约 80%。
◆ 线性静态分析（Linear Static Analysis）
线性静态分析是最基本的结构解析方法之一，与其他分析方法相比，可通过相对简单的计算进行分析。
结构物在载荷作用下会产生变形，该方法是在这种变形达到静态稳定状态时，
仅针对材料的线性弹性变形范围进行应力和位移分析。
然而，在实际使用环境中，完全符合上述条件的情况非常少，
因此，将分析结果直接应用到实际现象中存在一定局限性。
◆ 安全系数（Safety Factor）
为了将线性静态分析结果与实际使用条件进行比较，而应用的就是安全系数。
安全系数是根据经验，对分析过程中未能反映的各种实际条件进行校正，从而用于评估结构物在实际环境中的稳定性。
以分析结果为基础，根据联轴器的实际使用条件应用适当的安全系数，即可大致评估该条件下联轴器的结构稳定性。
在选型联轴器时，需要根据实际使用环境应用各种使用系数，这些系数可视为安全系数的一部分。
☑️ SAD 系列 的高扭矩传递性能
SAD 系列采用了比 SD 系列增加膜片
组装螺栓数量的结构设计。
随着螺栓数量增加，扭矩载荷能够更加均匀地分散，从而减少集中在膜片上的应力，
最终实现更高的扭矩传递性能。
实际上，与相同尺寸的 SD 系列相比，
SAD 系列可提供约 1.1～2 倍的扭矩传递能力。
☑️ 更出色的空间利用率
以相同允许扭矩 6 N·m 为基准进行比较时，
SADS-35C 与 SDS-39C 相比，产品体积减少约 30%。
也就是说，可以用更小的尺寸实现相同的性能，
因此更适用于安装空间受限的设备
以及需要实现小型化的装置。
☑️ 扭转变形对比
从施加 12 N·m 扭矩时的结构解析结果来看，
两款产品在膜片变形量方面也存在明显差异。
SDS-39C 的膜片变形量大于 SADS-40C，
而 SADS-40C 的变形相对较小，表现出更加稳定的结构特性。
※ 结构解析图中的变形形状，为了便于观察变形特性，
是以实际变形量的 250 倍进行放大显示。
☑️ 扭转刚度提高的原因
这种差异主要源于膜片的组装螺栓数量不同。
随着组装螺栓数量增加，螺栓之间的间距缩小，可有效抑制膜片的变形。
因此，联轴器的扭转刚度（Torsional Stiffness）得到提高，
同时可减少扭矩传递过程中产生的扭转变形。
☑️ 提升扭转刚度带来的性能差异
因此，SAD 系列能够实现更快速、更准确的运动传递，
适用于对高精度和稳定动力传递有较高要求的设备。
◆ 扭转刚度（Torsional Rigidity）
扭转刚度是指物体在受到外力作用时，抵抗扭转变形的能力。
其单位为 N·m/rad。扭转刚度数值越大，在相同扭矩作用下产生的扭转变形越小。
因此，较高的扭转刚度是实现精确动力传递和稳定旋转控制的重要因素。
☑️ 通过结构解析确认的 SAD 系列优势
🔹 更低的应力分布
通过有效分散扭矩载荷，从而降低集中在膜片上的应力。
🔹 更高的扭矩传递性能
与 SD 系列 相比，可提供约 1.1～2 倍的扭矩传递性能。
🔹 紧凑型设计
以更小的产品尺寸实现相同性能，从而更高效地利用安装空间。
🔹 优异的扭转刚度
通过最大限度减少膜片变形，实现更加快速、精确的运动传递。
☑️ SDS-39C vs SADS-40C 性能对比及综合评价
成一机工的膜片联轴器通过优化膜片结构，
采用了兼顾应力分散、扭矩传递性能、空间利用率以及扭转刚度的设计。
为了提供适用于各种工业环境的产品，
成一机工正持续通过研发与结构解析，不断提升产品性能。