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蛇形簧型聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用跟中的設(shè)計加工(一)、蛇形簧型聯(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，動力裝置的振動與噪聲已經(jīng)成為突出問題。在動力裝置中使用蛇形簧型聯(lián)軸器，除了傳遞功率和扭矩，同時還具有角度補償作用，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，達到減振降噪的目的。通過研究蛇形簧型聯(lián)軸器對某車輛動力傳動系統(tǒng)扭振特性的影響規(guī)律，分析了蛇形簧型聯(lián)軸器剛度和阻尼對系統(tǒng)固有頻率、固有振型、強迫振動響應(yīng)的影響；從結(jié)構(gòu)分析、動力學計算和動力特性實驗3個方面研究了蛇形簧型聯(lián)軸器的動力學特點；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算方法；通過建立有限元模型，進行蛇形簧型聯(lián)軸器的靜態(tài)強度分析、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。在高彈蛇形簧型聯(lián)軸器樣機的輸入端和輸出端分別連接一段軸，分別稱為激勵軸段和輸出軸段，將激勵軸段和輸出軸段質(zhì)心處分別用空氣彈簧進行彈性支撐，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，分別測量激勵軸段和輸出軸段的軸向振動加速度幅值。
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，分別稱為激勵軸段和輸出軸段，將激勵軸段和輸出軸段質(zhì)心處分別用彈性支撐。在激勵軸段和輸出軸段上分別固定一個卡套，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處施加激勵，使軸系產(chǎn)生相對于軸線的扭矩，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。
分別測量激勵軸段和輸出軸段上卡套不同位置的振動加速度幅值，試驗時加速度傳感器安裝在卡套上(垂直向下)，采用多點測量取平均值，從而減少測試誤差，提高測試精度。蛇形簧型聯(lián)軸器不對中故障的特征蛇形簧型聯(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。蛇形簧型聯(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，負荷變小的一端，可能引起油膜失穩(wěn)；負荷變大的軸承，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，蛇形簧型聯(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載的增大而變大。當存在平行不對中時，隨著載荷的增加軸承上的振幅幅值變大。
3)當蛇形簧型聯(lián)軸器存在平行不對中時，主要引起軸向振動。
主要引起徑向的振動。
當蛇形簧型聯(lián)軸器存在偏角不對中時兩半蛇形簧型聯(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)軸也就振動一次。由上見面的分析可知，當蛇形簧型聯(lián)軸器存在偏角不對中時，振動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)計加工
由于設(shè)計、加工、裝配等的需要，一個完整的旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通常是由兩個甚至三個以上的轉(zhuǎn)子連接而成。航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，是一種典型的旋轉(zhuǎn)機械，航空發(fā)動機上的轉(zhuǎn)子間連接多采用套齒花鍵結(jié)構(gòu)。在設(shè)計蛇形聯(lián)軸器時先要確保能夠可靠地傳遞如扭矩、軸向力、徑向力等負荷，其次是應(yīng)考慮被連接兩軸在不共軸時也能夠可靠工作，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)動機中，兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接發(fā)動機輸出的動力軸和減速器的主動齒輪軸；在航空發(fā)動機零部件的臺架試驗中，常采用兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接動力輸出和試驗件轉(zhuǎn)子；在航空渦輪軸發(fā)動機整機臺架試驗中，也是采用這種形式連接發(fā)動機動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荷作用以致二者同心度受影響時，發(fā)動機、減速器、動力裝置或者功率吸收裝置仍能可靠工作，因此常稱為蛇形彈簧聯(lián)軸器。蛇形彈簧聯(lián)軸器中的彈性軸一般是細長的空心軸，具有良好的彈性，在傳遞功率的同時，還能夠減弱減速器(增速箱)齒輪工作時角速度變化引起的扭轉(zhuǎn)振動，避免引起轉(zhuǎn)子的振動，在轉(zhuǎn)子負荷突然改變時也能夠起到緩沖的作用，以保護減速器或者動力輸出裝置。
除傳遞功率外，角度補償是蛇形彈簧聯(lián)軸器的另一重要功能，也是較能反映蛇形彈簧聯(lián)軸器特點的功能。通過蛇形彈簧聯(lián)軸器的角度補償作用能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機與減速器、動力裝置或者功率吸收裝置之間的振動隔離。實現(xiàn)角度補償?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連接和緊度連接兩種，如果花鍵連接為松動連接，從理論上講，這種連接類似于鉸接形式，僅能傳遞扭矩而不能傳遞彎矩。在結(jié)構(gòu)上一般是通過彈性軸兩端花鍵連接的嚙合側(cè)隙和安裝時確定的軸向位移量來實現(xiàn)這種松動連接，而且局限于被連接兩軸僅有小的相對彎轉(zhuǎn)變形的情況，松動連接可以補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)軸器通常稱為剛性蛇形彈簧聯(lián)軸器，如發(fā)動機中的壓氣機和渦輪轉(zhuǎn)子的連接以及輪盤與軸間的連接等，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。
松動連接和緊度連接在軸系彎曲動力特性計算中的模化有較大的不同。對于松動連接，正常工作狀態(tài)下的花鍵連接一般可簡化為“鉸接”式的計算模型，但由于實際工作的花鍵連接往往遭遇到存在較大相對彎轉(zhuǎn)變形的連接軸系，這時的花鍵連接便由原來的“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試驗確定。采用了松動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彎轉(zhuǎn)變形，當然也可以通過采用膜片(盤)、鼓形花鍵等結(jié)構(gòu)使得允許的相對彎轉(zhuǎn)變形大。對于緊度花鍵連接，一般可直接簡化為柔性連接，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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