彈性聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用以及聯(lián)軸器的功率工況

 隨著在船舶動力裝置中廣泛應(yīng)用高速大功率柴油機(jī)，動力裝置的振動與噪聲已經(jīng)成為突出問題。

{一}、彈性聯(lián)軸器在船舶動力裝置中廣泛應(yīng)用

隨著在船舶動力裝置中廣泛應(yīng)用高速大功率柴油機(jī)，動力裝置的振動與噪聲已經(jīng)成為突出問題。在動力裝置中使用彈性聯(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)傳動系統(tǒng)的固有頻率，從而改變動力傳動系統(tǒng)的扭振特性，達(dá)到減振降噪的目的。通過研究彈性聯(lián)軸器對某車輛動力傳動系統(tǒng)扭振特性的影響規(guī)律，分析了星形聯(lián)軸器剛度和阻尼對系統(tǒng)固有頻率、固有振型、強(qiáng)迫振動響應(yīng)的影響；從結(jié)構(gòu)分析、動力學(xué)計(jì)算和動力特性實(shí)驗(yàn)3個(gè)方面研究了彈性聯(lián)軸器的動力學(xué)特點(diǎn)；分析比較了不同高頻段激振力作用下彈性橡膠聯(lián)軸器的減振特性，提出了基于應(yīng)力波理論的彈性聯(lián)軸器高頻減振特性計(jì)算方法；通過建立有限元模型，進(jìn)行彈性聯(lián)軸器的靜態(tài)強(qiáng)度分析、模態(tài)分析，得到彈性聯(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傳遞測試方法相同，故只說明軸向測試方法，徑向不再贅述。在高彈聯(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軸段施加激勵(lì)，分別測量激勵(lì)軸段和輸出軸段的軸向振動加速度幅值。

在高彈聯(lián)軸器的輸入端和輸出端分別連接一段軸，分別稱為激勵(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軸段上的卡套端點(diǎn)處施加激勵(lì)，使軸系產(chǎn)生相對于軸線的扭矩，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。

分別測量激勵(lì)軸段和輸出軸段上卡套不同位置的振動加速度幅值，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)測量取平均值，從而減少測試誤差，提高測試精度。彈性聯(lián)軸器不對中故障的特征彈性聯(lián)軸器不對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。聯(lián)軸器兩端軸承的支撐載荷，在有不對中的情況下，將會產(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。所以，不對中情況下，聯(lián)軸器兩端的軸承上振動較大。

2)軸承處的振動幅值隨著負(fù)載的增大而變大。當(dāng)存在平行不對中時(shí)，隨著載荷的增加軸承上的振幅幅值變大。

3)當(dāng)彈性聯(lián)軸器存在平行不對中時(shí)，主要引起軸向振動。

主要引起徑向的振動。

當(dāng)彈性聯(lián)軸器存在偏角不對中時(shí)兩半聯(lián)軸器的中心線成的夾角α彈性元件被半聯(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中造成變形，兩半聯(lián)軸器之間存在彎矩，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)軸也就振動一次。由上見面的分析可知，當(dāng)聯(lián)軸器存在偏角不對中時(shí)，振動的特征頻率主要是工頻，也就是旋轉(zhuǎn)頻率的1X。

{二}、聯(lián)軸器的功率工況

梅花形聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動和動力過程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開的一種裝置。此外，聯(lián)軸器還能具有補(bǔ)償兩軸相對位移、緩沖和減振以及防護(hù)功能。

按照聯(lián)軸器的性能分類，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器或稱為固定式聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器雖然不具有補(bǔ)償功能，但有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、不需要維護(hù)、成本低等特點(diǎn)；撓性聯(lián)軸器中又分為無彈性撓性聯(lián)軸器和帶彈性元件撓性聯(lián)軸器，前一類只具有補(bǔ)償兩軸相對位移的能力，后一類除具有補(bǔ)償性能外，還具有緩沖和減振作用，但在傳遞轉(zhuǎn)矩的能力上，因受彈性元件的強(qiáng)度限制，一般不及無彈性元件聯(lián)軸器。

聯(lián)軸器是機(jī)車驅(qū)動裝置的關(guān)鍵部件，隨著鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行速度的提高，對聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及性能提出了高的要求。自二十世紀(jì)六十年代中期以來，機(jī)車動車的運(yùn)行速度大幅度提高，干線貨運(yùn)機(jī)車的構(gòu)造速度為120160km/h，干線客運(yùn)機(jī)車的構(gòu)造速度為1601--250km/h，高速動車組的構(gòu)造速度為200~300km/h，個(gè)別型號動車己達(dá)350km/h。為滿足高速運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，機(jī)車動車的功率也不斷增大。三相異步交流電機(jī)在機(jī)車上的應(yīng)用獲得成功，使每臺牽引電動機(jī)的功率由700~800kW增大到1200~1600kW。單電機(jī)轉(zhuǎn)向架問世后，組合傳動的牽引電動機(jī)，其功率就人了，如法國CC21000型電力機(jī)車，其牽引電動機(jī)的小時(shí)功率達(dá)3004kW?？梢?，傳動裝置為適應(yīng)機(jī)車動車的需要而向高速、大功率發(fā)展成為必然的趨勢。

近幾年，我國軌道交通發(fā)展迅速，加快了機(jī)車車輛技術(shù)的發(fā)展。我國鐵路客運(yùn)已實(shí)現(xiàn)六次大提速，時(shí)速160km/h以上的線路延展里程達(dá)到1.4萬公里，時(shí)速200km/h以上的線路延展里程達(dá)6003公里。重載運(yùn)輸?shù)玫桨l(fā)展，大秦線路大量開行1萬噸和2萬噸重載組合列車，將實(shí)現(xiàn)年運(yùn)量3.0億噸。

由此可以看出，隨著鐵路向著高速，重載的方向大力推進(jìn)，大功率機(jī)車驅(qū)動技術(shù)是機(jī)車轉(zhuǎn)向架研究的要點(diǎn)，為了滿足鐵路發(fā)展的需要，機(jī)車驅(qū)動裝置滿足高轉(zhuǎn)速、大扭矩、大功率的性能要求，而其關(guān)鍵部件聯(lián)軸器是驅(qū)動裝置的決定性因素，也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

在大功率機(jī)車的驅(qū)動系統(tǒng)中，聯(lián)軸器將電機(jī)的驅(qū)動力矩傳遞給主動齒輪。

聯(lián)軸器與主動齒輪軸之間依靠端齒傳遞力矩。在高速、重載大功率的工況下，對聯(lián)軸器提出了高的要求。要求聯(lián)軸器在及其有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)和大扭矩的傳遞。

為了解決上述問題，現(xiàn)代交流大功率機(jī)車的驅(qū)動系統(tǒng)普遍采用將電機(jī)和齒輪箱合成的整體驅(qū)動系統(tǒng)，其聯(lián)軸器采用膜片式彈性聯(lián)軸器，如HXD1B.HXD3B等機(jī)車。聯(lián)軸器的端齒齒形分布通常采用三種方式：十字型端齒，徑向端齒，圓弧端齒，三種方式的齒形斷面均為梯形。

在當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用過程中，圓弧端齒主要有兩種形式，一種是每對嚙合的圓弧端齒盤分為凸齒元件和凹齒元件，另一種圓弧端齒是各圓弧端齒沿徑向方向齒廓線的方向相同。后一種圓滑端齒相對于前一種，具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便等優(yōu)點(diǎn)，可以采用成形杯形砂輪一次同時(shí)加工兩相鄰齒面，能夠較大的提高圓弧端齒的制造加工效率。

圓弧端齒相對于其它幾種齒形端面，則主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：高剛性，當(dāng)齒與齒嚙合時(shí)，輪齒間接觸面是相當(dāng)均勻連續(xù)的，而且齒盤有多少輪齒便有多少對齒接觸面，接觸面積大，因此齒盤就能承受較高的載荷而具有很高的剛性。

自動對心，由于端面弧齒盤的輪齒齒形由外向內(nèi)沿其弧度均勻縮小，且輪齒以端齒盤的中心軸對稱。在各齒向心力的作用下，兩端齒盤實(shí)現(xiàn)自動對心。

此外，圓弧端齒彈性聯(lián)軸器較前兩種齒形具有結(jié)構(gòu)緊湊、嚙合精度高、傳遞力矩大，并便于設(shè)計(jì)、制造、安裝等一系列優(yōu)點(diǎn)。

因此，圓弧端齒彈性聯(lián)軸器應(yīng)用于我國引進(jìn)的和諧號大功率機(jī)車轉(zhuǎn)向架的驅(qū)動系統(tǒng)中。為地消化吸收驅(qū)動系統(tǒng)中圓弧形端齒彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)特性，需進(jìn)行深入研究其設(shè)計(jì)機(jī)理和制造技術(shù)。

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