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国内外弹性联轴器研究综述与主要参数

2020-11-07 12:08:29

<一>、国内外弹性联轴器研究综述
星形联轴器由于其具有无需润滑、安装维护简便、不对中适应能力较强等特点,广泛应用在石油、石化工业的透平、高速泵、压缩机、船舶、航空动力以及风电机组等高速大功率以传递动力为主的场合,如膜片联轴器、膜盘联轴器等。另外,由于弹性联轴器还具有灵敏性、零回转间隙、同步性高等特点,也广泛应用于小型的控制机构、仪器设备等以传递运动为主的场合,如弹性管联轴器、波纹管联轴器等。
在机床和半导体制造机械等通过伺服系统控制的精密机械的联轴器,经过对比发现金属板簧式联轴器的转角小,适用于高精度运动控制。微特电机的三坐标弹簧片式高精度联轴器,分析了联轴器轴线平行偏移量与角位移转角之间的关系,提出了在零件加工制造和组合体装配过程中各个环节的工艺措施。分析了法兰盘式精密联轴器的运动误差、扭转误差和滞后误差,对其进行了参数设计和误差分析,并对联轴器进行了静态精度测试、动态精度测试和扭转刚度测试,较后给出了法兰盘式精密联轴器的设计准则。一种较长轴向联接长度的精密弹性联轴器,经试验测试,其传动误差小于1″可以满足高精度仪器的使用要求。段颖辉提出了估算弹性联轴器转角误差的计算公式,设计了波纹管式精密弹性联轴器。
总体来说,国内有关弹性联轴器的研究对象主要是应用于高速大功率场合的联轴器,研究主要集中在应力分析、疲劳分析和寿命计算方面。而对于传动精度要求高的联轴器研究的较少。随着我国机械工业朝着高、精、尖的方向发展,联轴器作为传递动力和运动的关键部件,对其传动精度的要求越来越高。但是长期以来,对于应用于精密传动的联轴器的设计主要依靠经验设计,不能满足高精度的要求,所以关于联轴器的传动精度方面的研究就显得加重要和迫切。
<二>、弹性联轴器的主要参数
(1)额定转矩、较大转矩、许用变动转矩额定转矩是指联轴器持续工况或间断工况时出现的平均转矩的较大值;较大转矩是指联轴器为任何正常工况下产生的转矩的较高值(如启动载荷、冲击载荷、短暂的通过临界点),较大转矩肯定会发生,但时间很短。为了防止弹性元件破坏之后,连接轴的断开,对于船舶主推进传动装置上,一般都带有扭转限位装置,当弹性元件破坏时可以使两个连接轴变成扭转刚性连接,从而保护船舶的正常运行;许用变动转矩是指在传动系统在持续工作的情况下周期性的扭转振动转矩振幅的较大值,由于弹性联轴器具有较好的扭转特性,因此能够很好地改变和优化整个传动系统的扭转振动特性,许用变动转矩是其调整扭转特性所允许的较大值。由于环境温度对许用变动转矩的影响很大,因此,在计算分析中,需要考虑梅花型弹性联轴器运行时环境温度的影响,根据环境温度对许用变动转矩进行修正。
(2)动态扭转刚度、阻尼系数、动态径向刚度动态扭转刚度是在一个振动周期内弹性转矩与转角振幅之比,可以通过调整联轴器的动态扭转刚度来实现调整轴系的自振频率。阻尼系数表征在共振区域振动的特征参数。
在传动轴系扭转振动计算中,动态扭转刚度和阻尼系数是弹性联轴器的重要动态特性参数。动态径向刚度以单位径向位移所产生的径向反作用力表示。与联轴器主动端及从动端相连接轴的轴承能够承受由径向位移引起的径向载荷,当安装误差、轴的跳动、热膨胀、基座变形和连接主机的振动引起的径向位移过大时,导致径向载荷过大,可能损坏连接两端轴的轴承。这样给轴承的性能特性提出了高的要求,选用轴承时考虑径向载荷的因素。同时,动态径向刚度是振动分析计算中的重要参数,它的大小对振动分析的准确性影响很大,因此本文开展了弹性联轴器橡胶元件动态径向刚度计算方法的研究。
(3)许用轴向位移、许用径向位移、许用角向位移许用轴向位移主动轴端到从动轴端相对于中间平衡位置的较大允许位移量,它是由安装误差、轴的窜动、热膨胀或者基座变形等因素造成的,轴的轴向位移会使联轴器的主动轴端和从动轴端在轴向产生轴向反作用力,而轴向反作用力也要由于联轴器主动端和从动端相连接轴的轴承来承受;许用径向位移是联轴器主动轴端到从动轴端对轴线垂直方向稳定不变的,缓慢变化的或者周期性变化的较大允许位移量;许用角向位移是联轴器主动轴端与从动轴端沿轴线的较大允许相对偏转角。
(4)许用功率损耗许用功率损耗是指弹性联轴器在工作的时候,所能够承受的功率损失的较大值。由于机械传动过程中,总会发生功率的损耗,而弹性联轴器在传递转矩和功率的过程中,发生功耗的主要原因是振动的作用,并且这些功耗很多都成为热量。由于橡胶的散热性不好、耐热性差,温度过高会使橡胶发生损坏。另外橡胶元件温度过高,可能导致动态扭转刚度的下降,可能会发生共振的严重问题。因此,弹性联轴器橡胶弹性元件损坏的主要原因是功率损耗过多。许用功耗值也成为衡量弹性联轴器动态性能的重要指标。在弹性联轴器设计时一定要考虑功率损失问题,为了增强橡胶元件的散热性,橡胶元件有时会设有辅助通风孔,通风孔的设置加强了橡胶元件的散热效果,在一定程度上保证了橡胶元件的功能。