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橡膠塊不同連接方式對膜片聯(lián)軸器徑向剛度特性的影響

發(fā)布時間:2019-06-24
彈性聯(lián)軸器能夠補(bǔ)償軸系軸線在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的軸向偏移、徑向偏移或角向偏移,軸系軸向偏移徑向偏移角向偏移。

1新型膜片橡膠聯(lián)軸器簡介
彈性聯(lián)軸器能夠補(bǔ)償軸系軸線在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的軸向偏移、徑向偏移或角向偏移,軸系軸向偏移徑向偏移角向偏移。
由于主機(jī)等彈性安裝的廣泛實(shí)施,目前船舶動力系統(tǒng)對于軸系中彈性聯(lián)軸器的性能要求越來越高,不僅要求彈性聯(lián)軸器能夠補(bǔ)償越來越大的軸線偏移量和對軸系設(shè)備越來越小的附加反力,而且還要求彈性聯(lián)軸器能夠?qū)崿F(xiàn)的減振功能。
為了滿足船舶動力系統(tǒng)對于彈性聯(lián)軸器大偏移補(bǔ)償量、低剛度(尤其是低徑向剛度)的需求,研究了一種新型的膜片橡膠聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。由于在設(shè)計(jì)該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)時,其外形尺寸(直徑D和長度L)已經(jīng)給定,因此,要在此約束下,盡量優(yōu)化其結(jié)構(gòu),降低聯(lián)軸器的剛度尤其是徑向剛度,以滿足系統(tǒng)對設(shè)備的要求。
膜片聯(lián)軸器主要由兩端的金屬膜片組、連接法蘭、橡膠塊等組成。它通過金屬膜片組以及橡膠塊將主機(jī)輸出的功率傳遞給軸系,并且借助膜片組與橡膠塊的彈性變形來補(bǔ)償主機(jī)與軸系之間的軸線偏移。為了降低因彈性變形而產(chǎn)生的附加反力對軸系設(shè)備的影響,系統(tǒng)要求該聯(lián)軸器的剛度尤其是徑向剛度盡量降低。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方而,要該膜片橡膠聯(lián)軸器的剛度特性尤其是徑向剛度特性,比較的途徑是增加聯(lián)軸器的長度、直徑以及優(yōu)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)。而長度和直徑參數(shù)已經(jīng)給定,若要剛度特性,只能優(yōu)化調(diào)整兩組金屬膜片組及其間的橡膠塊的結(jié)構(gòu)。
2橡膠塊不同連接方式對聯(lián)軸器徑向剛度特性的影響
在類似的膜片橡膠聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)中,為了能使每組金屬膜片在較大的角彎曲變形下所產(chǎn)生的反力矩盡量小,把兩組金屬膜片設(shè)置在兩端并盡量擴(kuò)大兩組膜片之間的間距。由于聯(lián)軸器總長度已經(jīng)確定,兩端膜片組的位置很容易確定;給定了扭矩負(fù)載等要求后,膜片的結(jié)構(gòu)參數(shù)也很快確定。因此,考慮中間橡膠塊結(jié)構(gòu)與兩端膜片組的連接方式是主要的工作。
橡膠塊與兩端膜片組的連接方式有兩種:端而連接型和徑向連接型。對應(yīng)于這兩種連接方式,當(dāng)聯(lián)軸器傳遞扭矩時,橡膠塊的剪切應(yīng)力和切向變形也有兩種不同的形式,即兩端而相對扭轉(zhuǎn)和內(nèi)外徑相對扭轉(zhuǎn)。
比較端而連接型橡膠塊和徑向連接型橡膠塊的扭轉(zhuǎn)剛度關(guān)系式可知,當(dāng)橡膠塊結(jié)構(gòu)尺寸相同時,端而連接型橡膠塊的扭轉(zhuǎn)剛度比徑向連接型橡膠塊的扭轉(zhuǎn)剛度要大很多(接近2倍)。因此在承受同樣的扭矩作用下,端而連接型橡膠塊的扭轉(zhuǎn)變形要小很多,相應(yīng)地扭轉(zhuǎn)應(yīng)力也要小得多。
對于端而連接型橡膠塊結(jié)構(gòu),在承受扭矩作用時,橡膠塊主要變形是剪切變形且變形較小,再受同樣給定的徑向位移作用,橡膠塊仍然是剪切變形,產(chǎn)生的反力會較小。而徑向連接型橡膠塊結(jié)構(gòu),在承受扭矩作用時,主要是剪切變形且變形很大,但受徑向位移作用時,部分橡膠塊將呈現(xiàn)壓縮變形。因橡膠材料的壓縮彈性模量大于其剪切彈性模量,以及橡膠塊在扭轉(zhuǎn)變形時的應(yīng)力就較大,此時產(chǎn)生的反力就較大。因此,端而連接型橡膠塊結(jié)構(gòu)的徑向反力要小于徑向連接型橡膠塊結(jié)構(gòu)的徑向反力。
而在承受扭矩負(fù)載后在承受軸向位移作用時,兩種連接結(jié)構(gòu)的受力趨勢與承受徑向位移時的趨勢相反,即端而連接型橡膠塊受壓縮,而徑向連接型橡膠塊受剪切,因此,徑向連接型橡膠塊結(jié)構(gòu)的軸向剛度小于端而連接型橡膠塊結(jié)構(gòu)的軸向剛度。
在徑向剛度特性分析中,先在第 一個載荷步對 聯(lián)軸器施加額定扭矩,然后在載荷步中,在保持扭矩固定不變的條件下再對聯(lián)軸器施加一個指定的徑向位移或軸向位移。
通過對橡膠塊不同連接結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器進(jìn)行分析研究可知,端而連接型結(jié)構(gòu)的徑向剛度遠(yuǎn)低于徑向連接型結(jié)構(gòu)的徑向剛度,而端而連接型結(jié)構(gòu)的軸向剛度徑向大于連接型結(jié)構(gòu)的軸向剛度。在實(shí)際應(yīng)用中,要求聯(lián)軸器的徑向剛度及軸向剛度都在一個合適的范圍內(nèi),并且對于徑向剛度的實(shí)現(xiàn)難度要遠(yuǎn)大于軸向剛度。徑向連接型聯(lián)軸器的徑向剛度明顯過大,端而連接型聯(lián)軸器的徑向剛度要低得多,而其軸向剛度比徑向連接型要略大(但尚能夠滿足技術(shù)要求),因此端而連接型的綜合性能較好?,F(xiàn)以端而連接型膜片橡膠聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)為改進(jìn)研究的對象,進(jìn)一步降低其徑向剛度數(shù)值。

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