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考虑弹性联轴器轴系的扭振分析同动平衡的重要性

2021-05-26 12:53:20

<一>、考虑弹性联轴器轴系的扭振分析
随着船舶工业的发展,各种新型船只纷纷出现,为了满足不同型号舰船的需求,各种新型、复杂的船舶轴系陆续被出来,应用在船舶中。本章就以某船厂设计生产的新型船舶推进装置为研究对象,分析其涡轮机轴系部分的藕合振动问题。在调试中,该轴系径向位移过大,导致振动参数超标,无法满足设计要求。研究人员分别进行扭振、横振以及纵振计算,均未发现异常。为了解决这一问题,本章从整体系统的角度出发,建立涡轮机轴系藕合振动理论模型与数学方程,分析其藕合振动特性。
本文将船舶动力装置中的涡轮机传动轴简化为等截面连续轴,将弹性柱销联轴器及涡轮机叶片简化为集中惯量进行分析。则该问题便可看作为考虑多集中惯量的等截面连续轴扭振问题。由于多集中惯量比较复杂,分析难度较大。
因此以考虑单个集中惯量等截面连续轴扭振问题为基础进行分析,建立考虑集中惯量的等截面圆轴扭振的刚柔藕合模型,应用哈密顿原理结合变分法得到刚柔藕合模型的扭振方程并求解。在此基础上,进一步分析多集中惯量等截面连续轴扭振问题。弹性联轴器设计的基本目标弹性联轴器(highlyflexiblecouplings)定义为由具有明显的扭转弹性和阻尼的元件构成的、用来调节传动装置轴系扭转振动特性的、补偿因振动冲击等带来的主动设备和从动设备的位移、并且能够持续地传递转矩和旋转运动的设备。
其性能主要取决于所采用的弹性元件,弹性元件主要分为两种,即金属弹性元件和非金属弹性元件。金属弹性元件的优点是能够传递较大的载荷,受温度的影响比较小,因此工作寿命比较长。高强度的弹性钢如60Si2Mn和_SOCrVA等,是生产金属弹性元件常用的材料。非金属弹性元件主要指硫化橡胶,相对于金属弹性元件来说,橡胶具有好的阻尼性能,能在三维方向上实现好的减振效果,产生的噪音也比较小。同时还可根据需要,通过调整橡胶的配方和加工工艺获得耐高温、耐低温及耐油等特殊性能的产品。但对于通用型橡胶弹性元件联轴器来说,通常具有强度低、导热性差、易蠕变、易老化、不耐腐蚀、温度敏感性强等缺点,另外,在生产产品时如果硬度偏差较大,有可能导致负荷性能不稳定。
弹性联轴器设计的基本目标是实现其基本功能,同时应具有合理的结构和较强的综合性能。因此,在设计弹性联轴器的结构时,应该从以下几个方面考虑:1.基本性能要求:承振能力,承受载荷的能力以及位移补偿的能力等。
2.实用性要求:产品应能够在多种机械设备和场合应用,便于形成多种组合形式。
3.标准化要求:联轴器产品应能够满足多种不同产品的安装使用要求。
4.工艺性要求:应考虑产品加工的可行性。
_5.安装的工艺性:产品的拆卸和安装应足够简便,在各种场合都适用,尤其是在船舱等较为狭窄的空间内,也应实现较为简便的拆装。
6.经济性:产品推广使用的价值和生命力都受到产品生产成本和消耗费用的直接影响。
7.可靠性和维修性:联轴器是传动的重要部件,应具有较高的可靠性,能在规定时间内实现无故障工作;同时设计时应考虑联轴器是否有便于维护或者免维护的要求。
<二>、联轴器动平衡的重要性
法兰梅花联轴器动平衡是指联轴器运转时产生的偏离两端传动轴系的离心力的状态,联轴器要严格控制联轴器动平衡的精度指标。
联轴器动平衡精度指标是根据不同联轴器类型有不同标准规定的。这种联轴器的制造是要联轴器厂家尽量采用锻件材料(配以相应热处理)整体加工,来避免采用铸钢材料内部组织(气孔,砂眼)缺陷产生的离心力偏离作用。
联轴器动平衡指标是可以在动平衡试验机上进行检测并且配重解决的,比如,对于大型中间轴式鼓形齿式联轴器的整体动平衡试验等等。但是,产生联轴器动平衡精度误差的关键原因是联轴器制造精度的高低,比如,材料类型选择(锻件材料与铸造材料不同),联轴器配件(柱销,连接螺栓,膜片)与联轴器母体接触精度的高低,联轴器连接各部的接触精度的提高是提高联轴器动平衡精度的措施,比如,XL星形弹性联轴器的弹性垫与两半联轴器的接触状态不同,在中,高速运转时产生的离心力状态就是不同的(反映在产生噪声及两端传动轴的平稳状态不同)。
联轴器是要联轴器厂家发扬工匠精神一丝不苟精密制造才能体现出来的。如果一味的追求低价格,是买不到联轴器的。
联轴器热处理的重要性
联轴器的热处理包括回火,正火,调质,高频,氮化等工艺,不同工艺的性能不同,不同联轴器的不同热处理至关重要。
热处理工艺一方面是起改变材料内部组织结构,以强化材料基础强度的,比如,圆钢,铸铁,铸钢的正火或回火等,调质处理则是制造过程的中间热处理,是提高材料整体疲劳强度的重要热处理工艺,而高频与氮化处理则是提高材料表面接触强度的热处理。
联轴器种类很多,大致分为刚性联轴器与弹性联轴器两大类,这些联轴器的适用工况不同,应该是选择不同的联轴器热处理类型,比如,膜片联轴器的型材制造(圆钢制造)与锻件制造,正火与调质工艺就是其热处理制造工艺,而鼓形齿式联轴器的制造是要在此基础上,依据传动系统整体强度的不同,相应增加调质或氮化处理,以使得联轴器的齿面强度提高,这些联轴器制造工艺的不同,是影响联轴器品质的关键问题,也是影响联轴器价格的原因之一。
联轴器厂家众多,联轴器性价比的价格竞争激烈到锱铢必较的状态,但是联轴器应该是竞争基础,也就是需要联轴器用户依据具体传动设备整体强度的不同,约定相应联轴器品质的不同,衡量联轴器品质的高低是要看联轴器公称转矩的体现位置的,联轴器公称转矩体现在两半联轴器上面,会造成联轴器配件易损的同时,两半联轴器早期报废失效;而联轴器公称转矩体现在联轴器配件上面,而两半联轴器强度与具体传动设备整体强度匹配或少许高于传动设备整体强度,这样的联轴器品质才是的。