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机车驱动系统联轴器概述及动力特性分析

2021-11-10 10:11:05

<一>、机车驱动系统联轴器概述

联轴器是联接两轴或轴和回转件,在传递运动和动力过程中一同回转而不脱开的一种装置。此外,联轴器还具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及防护功能。机车驱动系统联轴器是机车转向架驱动系统的重要组成部分,它将牵引电机轴和齿轮轴联接在一起,从而实现将牵引电机的扭矩通过传动部分传递到轮对。马区动系统中的联轴器主要所起的基本作用为:(1)同心轴间力矩传递;(2)适应轴肩间的径向、轴向、及偏角三向变位;(3)提供驱动轴系的弹性,以降低传动噪声;为驱动装置总成的装配提供便利。

联轴器的型式很多,至今尚无标准的分类方法,一般可将联轴器分成三类:普通联轴器它可分为刚性联轴器和齿式联轴器两种,刚性联轴器又可分为固定式和可移式的,而齿式联轴器可分为金属弹性元件的和非金属弹性元件的两种。这类联轴器只是在被联接的机器停机时,用拆卸方法才能将两轴分开。

联轴器当所传递的扭矩超过限定值时,其中的联接件被折断、分离或打滑,使传动中断或限制扭矩的传递,保护机器的重要机件不受损坏。

特殊联轴器用非机械方式直接联接的联轴器,如用液力传动、气压传动或电磁操纵的联轴器。

<二>、齿式联轴器动力特性分析

在航空涡轮轴发动机的台架试验中,与功率吸收装置相联的转接套齿通过花键与弹性轴松动连接。如前所述,这种松动连接在可靠地传递功率的同时,与弹性轴一起在发动机和功率吸收装置之间起着隔离振动的作用。因为是花键连接,有时候甚至采用直齿的渐开线花键,其隔离振动作用需要有相应的结构保证才能发挥作用。如果在结构上安排不恰当,往往造成有害的振动。本节研究转接套齿的长度因素对其振动的影响,说明转接套齿在梅花型联轴器功能实现过程中不可忽视的作用。

在0~30000r/mn转速范围内长、短花键的响应幅值的比较。显然,在各转速下长转接套齿的响应幅值要明显大于短转接套齿的幅值。长转接套齿的长度大约是短转接套齿的24倍,而在30000r/mn转速下长转接套齿的不平衡响应幅值是短转接套齿的16倍以上。因此,对于转接套齿右端花键与弹性轴间的松动连接,在不平衡载荷作用下,转接套齿的长度因素显著地影响着这里的松动连接状态。也就是说,若转接套齿长度设计过长,花键连接是不足以补偿转接套齿和弹性轴之间的角度偏差的。

受齿式联轴器连接两轴状态的影响,松动花键连接由铰接形式向柔性连接甚至刚性连接形式转变。模拟这种变化,计算多种连接状态下的齿式联轴器连接轴系临界转速和振动形式。

在近似铰接状态下,以花键连接处的振动为主,带动转接套齿和弹性轴的刚体振动,随着连接刚度的增加,逐渐变化为包括转接套齿和弹性轴在内的整个连接轴系的弯曲振动。

在设计这种齿式联轴器时,一般是保证其在工作转速范围内不存在临界转速,因此转接套齿和弹性轴间的连接为松动连接,以实现弹性轴为浮动轴的设计概念。被连接两轴仅存在小的相对弯转变形是齿式联轴器的正常工作状态。由于设计不当,转子振动过大,导致相对弯转变形过大,这时松动连接转变为柔性连接,而这种改变有可能导致弹性轴动态特性的完全改变。

套齿花键齿式联轴器是航空发动机设计与试验中常用的结构,本文通过对齿式联轴器进行结构分析、动力特性计算、动力特性实验等工作,得到如下结论:1)为使弹性轴发挥浮动轴的作用,弹性轴两端的花键连接为松动连接。松动程度取决于花键的结构形式以及加工、装配情况。

2)转接套齿的结构形式影响着工作状态下花键连接的松动程度,若转接套齿过长,将会导致松动连接作用的失效。

3)若花键连接两轴存在较大的相对弯转变形,将导致松动连接转变为柔性连接,从而改变齿式联轴器的动力特性,并在发动机、减速器、动力装置或者功率吸收装置之间传递振动,并延长了两支承间的转轴长度,从而在较低的转速下产生较大的振动,危害轴系的运行。

4)齿式联轴器的动力特性实验证实了松动连接变化为柔性连接的存在,但在齿式联轴器的工作范围内存在弹性轴的弯曲型临界转速是不允许的。

5)允许有较大的相对弯转变形是确保套齿花键为松动连接的关键。在花键的结构上采取措施,如鼓形花键等。