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蛇形簧型聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用跟中的設(shè)計(jì)加工(一)、蛇形簧型聯(lián)軸器在船舶動(dòng)力裝置中廣泛應(yīng)用
隨著在船舶動(dòng)力裝置中廣泛應(yīng)用高速大功率柴油機(jī)，動(dòng)力裝置的振動(dòng)與噪聲已經(jīng)成為突出問(wèn)題。在動(dòng)力裝置中使用蛇形簧型聯(lián)軸器，除了傳遞功率和扭矩，同時(shí)還具有角度補(bǔ)償作用，調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，從而改變動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振特性，達(dá)到減振降噪的目的。通過(guò)研究蛇形簧型聯(lián)軸器對(duì)某車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振特性的影響規(guī)律，分析了蛇形簧型聯(lián)軸器剛度和阻尼對(duì)系統(tǒng)固有頻率、固有振型、強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)的影響；從結(jié)構(gòu)分析、動(dòng)力學(xué)計(jì)算和動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)3個(gè)方面研究了蛇形簧型聯(lián)軸器的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)；分析比較了不同高頻段激振力作用下彈性橡膠蛇形簧型聯(lián)軸器的減振特性，提出了基于應(yīng)力波理論的蛇形簧型聯(lián)軸器高頻減振特性計(jì)算方法；通過(guò)建立有限元模型，進(jìn)行蛇形簧型聯(lián)軸器的靜態(tài)強(qiáng)度分析、模態(tài)分析，得到蛇形簧型聯(lián)軸器在額定轉(zhuǎn)矩下的應(yīng)力位移結(jié)果和固有頻率。
由于軸向與徑向振動(dòng)傳遞測(cè)試方法相同，故只說(shuō)明軸向測(cè)試方法，徑向不再贅述。在高彈蛇形簧型聯(lián)軸器樣機(jī)的輸入端和輸出端分別連接一段軸，分別稱(chēng)為激勵(lì)軸段和輸出軸段，將激勵(lì)軸段和輸出軸段質(zhì)心處分別用空氣彈簧進(jìn)行彈性支撐，空氣彈簧支撐系統(tǒng)的垂向固有頻率為3Hz。用激振系統(tǒng)在規(guī)定的頻率和振幅下對(duì)軸段施加激勵(lì)，分別測(cè)量激勵(lì)軸段和輸出軸段的軸向振動(dòng)加速度幅值。
在高彈蛇形簧型聯(lián)軸器的輸入端和輸出端分別連接一段軸，分別稱(chēng)為激勵(lì)軸段和輸出軸段，將激勵(lì)軸段和輸出軸段質(zhì)心處分別用彈性支撐。在激勵(lì)軸段和輸出軸段上分別固定一個(gè)卡套，用激振系統(tǒng)在規(guī)定的頻率和振幅下對(duì)軸段上的卡套端點(diǎn)處施加激勵(lì)，使軸系產(chǎn)生相對(duì)于軸線的扭矩，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
分別測(cè)量激勵(lì)軸段和輸出軸段上卡套不同位置的振動(dòng)加速度幅值，試驗(yàn)時(shí)加速度傳感器安裝在卡套上(垂直向下)，采用多點(diǎn)測(cè)量取平均值，從而減少測(cè)試誤差，提高測(cè)試精度。蛇形簧型聯(lián)軸器不對(duì)中故障的特征蛇形簧型聯(lián)軸器不對(duì)中故障的主要特征有以下的表現(xiàn)：1)軸承中的油膜壓力改變。蛇形簧型聯(lián)軸器兩端軸承的支撐載荷，在有不對(duì)中的情況下，將會(huì)產(chǎn)生變化，負(fù)荷變小的一端，可能引起油膜失穩(wěn)；負(fù)荷變大的軸承，油膜有明顯的非線性表現(xiàn)，容易引起告辭諧波的振動(dòng)。所以，不對(duì)中情況下，蛇形簧型聯(lián)軸器兩端的軸承上振動(dòng)較大。
2)軸承處的振動(dòng)幅值隨著負(fù)載的增大而變大。當(dāng)存在平行不對(duì)中時(shí)，隨著載荷的增加軸承上的振幅幅值變大。
3)當(dāng)蛇形簧型聯(lián)軸器存在平行不對(duì)中時(shí)，主要引起軸向振動(dòng)。
主要引起徑向的振動(dòng)。
當(dāng)蛇形簧型聯(lián)軸器存在偏角不對(duì)中時(shí)兩半蛇形簧型聯(lián)軸器的中心線成一定的夾角α彈性元件被半蛇形簧型聯(lián)軸器壓縮，產(chǎn)生變形，彈性元件反作用力試圖反抗偏角不對(duì)中造成變形，兩半蛇形簧型聯(lián)軸器之間存在彎矩，蛇形簧型聯(lián)軸器每旋轉(zhuǎn)一周，彎矩的作用方向交變一次，彎矩施加在蛇形簧型聯(lián)軸器連接上的轉(zhuǎn)軸的彎矩也就周期的變化一次，轉(zhuǎn)軸也就振動(dòng)一次。由上見(jiàn)面的分析可知，當(dāng)蛇形簧型聯(lián)軸器存在偏角不對(duì)中時(shí)，振動(dòng)的特征頻率主要是工頻，也就是旋轉(zhuǎn)頻率的1X。
(二)、蛇形彈簧聯(lián)軸器中的設(shè)計(jì)加工
由于設(shè)計(jì)、加工、裝配等的需要，一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通常是由兩個(gè)甚至三個(gè)以上的轉(zhuǎn)子連接而成。航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，是一種典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)子間連接多采用套齒花鍵結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)蛇形聯(lián)軸器時(shí)先要確保能夠可靠地傳遞如扭矩、軸向力、徑向力等負(fù)荷，其次是應(yīng)考慮被連接兩軸在不共軸時(shí)也能夠可靠工作，三是保證所有零件均能可靠地定中心和周向定位，具有良好的平衡性，并且拆裝方便。
在渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)中，兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力軸和減速器的主動(dòng)齒輪軸；在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的臺(tái)架試驗(yàn)中，常采用兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接動(dòng)力輸出和試驗(yàn)件轉(zhuǎn)子；在航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中，也是采用這種形式連接發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出軸和功率吸收裝置，起著傳遞功率的作用。這種連接結(jié)構(gòu)允許被連接兩軸因剛性不足，加工誤差，裝配不善或有較大負(fù)荷作用以致二者同心度受影響時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器、動(dòng)力裝置或者功率吸收裝置仍能可靠工作，因此常稱(chēng)為蛇形彈簧聯(lián)軸器。蛇形彈簧聯(lián)軸器中的彈性軸一般是細(xì)長(zhǎng)的空心軸，具有良好的彈性，在傳遞功率的同時(shí)，還能夠減弱減速器(增速箱)齒輪工作時(shí)角速度變化引起的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，避免引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，在轉(zhuǎn)子負(fù)荷突然改變時(shí)也能夠起到緩沖的作用，以保護(hù)減速器或者動(dòng)力輸出裝置。
除傳遞功率外，角度補(bǔ)償是蛇形彈簧聯(lián)軸器的另一重要功能，也是較能反映蛇形彈簧聯(lián)軸器特點(diǎn)的功能。通過(guò)蛇形彈簧聯(lián)軸器的角度補(bǔ)償作用能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與減速器、動(dòng)力裝置或者功率吸收裝置之間的振動(dòng)隔離。實(shí)現(xiàn)角度補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵結(jié)構(gòu)是蛇形彈簧聯(lián)軸器中的花鍵連接，通常的花鍵連接分為松動(dòng)連接和緊度連接兩種，如果花鍵連接為松動(dòng)連接，從理論上講，這種連接類(lèi)似于鉸接形式，僅能傳遞扭矩而不能傳遞彎矩。在結(jié)構(gòu)上一般是通過(guò)彈性軸兩端花鍵連接的嚙合側(cè)隙和安裝時(shí)確定的軸向位移量來(lái)實(shí)現(xiàn)這種松動(dòng)連接，而且局限于被連接兩軸僅有小的相對(duì)彎轉(zhuǎn)變形的情況，松動(dòng)連接可以補(bǔ)償被連接兩軸因制造、安裝以及承載變形與溫度變化等因素引起的徑向、角向和軸向位移。緊度連接的蛇形彈簧聯(lián)軸器通常稱(chēng)為剛性蛇形彈簧聯(lián)軸器，如發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓氣機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子的連接以及輪盤(pán)與軸間的連接等，緊度連接也常用于套齒安裝齒輪或其它零件，一般不用在蛇形彈簧聯(lián)軸器中。
松動(dòng)連接和緊度連接在軸系彎曲動(dòng)力特性計(jì)算中的?；休^大的不同。對(duì)于松動(dòng)連接，正常工作狀態(tài)下的花鍵連接一般可簡(jiǎn)化為“鉸接”式的計(jì)算模型，但由于實(shí)際工作的花鍵連接往往遭遇到存在較大相對(duì)彎轉(zhuǎn)變形的連接軸系，這時(shí)的花鍵連接便由原來(lái)的“鉸接”轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝赃B接。這樣，花鍵連接便成為一種非線性剛性的連接，其段剛性為零，而二段剛性一般需要通過(guò)試驗(yàn)確定。采用了松動(dòng)連接這種花鍵連接形式的蛇形彈簧聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上保證連接軸系間只存在小的相對(duì)彎轉(zhuǎn)變形，當(dāng)然也可以通過(guò)采用膜片(盤(pán))、鼓形花鍵等結(jié)構(gòu)使得允許的相對(duì)彎轉(zhuǎn)變形大。對(duì)于緊度花鍵連接，一般可直接簡(jiǎn)化為柔性連接，其連接剛度與所用的緊度和結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。
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