弹性联轴器广泛应用以及联轴器的功率工况

弹性联轴器广泛应用以及联轴器的功率工况

 随着在船舶动力装置中广泛应用高速大功率柴油机，动力装置的振动与噪声已经成为突出问题。

{一}、弹性联轴器在船舶动力装置中广泛应用

随着在船舶动力装置中广泛应用高速大功率柴油机，动力装置的振动与噪声已经成为突出问题。在动力装置中使用弹性联轴器，除了传递功率和扭矩，同时还具有角度补偿作用，调节传动系统的固有频率，从而改变动力传动系统的扭振特性，达到减振降噪的目的。通过研究弹性联轴器对某车辆动力传动系统扭振特性的影响规律，分析了星形联轴器刚度和阻尼对系统固有频率、固有振型、强迫振动响应的影响；从结构分析、动力学计算和动力特性实验3个方面研究了弹性联轴器的动力学特点；分析比较了不同高频段激振力作用下弹性橡胶联轴器的减振特性，提出了基于应力波理论的弹性联轴器高频减振特性计算方法；通过建立有限元模型，进行弹性联轴器的静态强度分析、模态分析，得到弹性联轴器在额定转矩下的应力位移结果和固有频率。

由于轴向与径向振动传递测试方法相同，故只说明轴向测试方法，径向不再赘述。在高弹联轴器样机的输入端和输出端分别连接一段轴，分别称为激励轴段和输出轴段，将激励轴段和输出轴段质心处分别用空气弹簧进行弹性支撑，空气弹簧支撑系统的垂向固有频率为3Hz。用激振系统在规定的频率和振幅下对轴段施加激励，分别测量激励轴段和输出轴段的轴向振动加速度幅值。

在高弹联轴器的输入端和输出端分别连接一段轴，分别称为激励轴段和输出轴段，将激励轴段和输出轴段质心处分别用弹性支撑。在激励轴段和输出轴段上分别固定一个卡套，用激振系统在规定的频率和振幅下对轴段上的卡套端点处施加激励，使轴系产生相对于轴线的扭矩，从而产生扭转振动。

分别测量激励轴段和输出轴段上卡套不同位置的振动加速度幅值，试验时加速度传感器安装在卡套上(垂直向下)，采用多点测量取平均值，从而减少测试误差，提高测试精度。弹性联轴器不对中故障的特征弹性联轴器不对中故障的主要特征有以下的表现：1)轴承中的油膜压力改变。联轴器两端轴承的支撑载荷，在有不对中的情况下，将会产生变化，负荷变小的一端，可能引起油膜失稳；负荷变大的轴承，油膜有明显的非线性表现，容易引起告辞谐波的振动。所以，不对中情况下，联轴器两端的轴承上振动较大。

2)轴承处的振动幅值随着负载的增大而变大。当存在平行不对中时，随着载荷的增加轴承上的振幅幅值变大。

3)当弹性联轴器存在平行不对中时，主要引起轴向振动。

主要引起径向的振动。

当弹性联轴器存在偏角不对中时两半联轴器的中心线成的夹角α弹性元件被半联轴器压缩，产生变形，弹性元件反作用力试图反抗偏角不对中造成变形，两半联轴器之间存在弯矩，联轴器每旋转一周，弯矩的作用方向交变一次，弯矩施加在联轴器连接上的转轴的弯矩也就周期的变化一次，转轴也就振动一次。由上见面的分析可知，当联轴器存在偏角不对中时，振动的特征频率主要是工频，也就是旋转频率的1X。

{二}、联轴器的功率工况

梅花形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，联轴器还能具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及防护功能。

按照联轴器的性能分类，联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器或称为固定式联轴器，这种联轴器虽然不具有补偿功能，但有结构简单、制造容易、不需要维护、成本低等特点；挠性联轴器中又分为无弹性挠性联轴器和带弹性元件挠性联轴器，前一类只具有补偿两轴相对位移的能力，后一类除具有补偿性能外，还具有缓冲和减振作用，但在传递转矩的能力上，因受弹性元件的强度限制，一般不及无弹性元件联轴器。

联轴器是机车驱动装置的关键部件，随着铁路机车车辆运行速度的提高，对联轴器的结构及性能提出了高的要求。自二十世纪六十年代中期以来，机车动车的运行速度大幅度提高，干线货运机车的构造速度为120160km/h，干线客运机车的构造速度为1601--250km/h，高速动车组的构造速度为200~300km/h，个别型号动车己达350km/h。为满足高速运行的经济指标，机车动车的功率也不断增大。三相异步交流电机在机车上的应用获得成功，使每台牵引电动机的功率由700~800kW增大到1200~1600kW。单电机转向架问世后，组合传动的牵引电动机，其功率就人了，如法国CC21000型电力机车，其牵引电动机的小时功率达3004kW。可见，传动装置为适应机车动车的需要而向高速、大功率发展成为必然的趋势。

近几年，我国轨道交通发展迅速，加快了机车车辆技术的发展。我国铁路客运已实现六次大提速，时速160km/h以上的线路延展里程达到1.4万公里，时速200km/h以上的线路延展里程达6003公里。重载运输得到发展，大秦线路大量开行1万吨和2万吨重载组合列车，将实现年运量3.0亿吨。

由此可以看出，随着铁路向着高速，重载的方向大力推进，大功率机车驱动技术是机车转向架研究的要点，为了满足铁路发展的需要，机车驱动装置满足高转速、大扭矩、大功率的性能要求，而其关键部件联轴器是驱动装置的决定性因素，也是设计的难点。

在大功率机车的驱动系统中，联轴器将电机的驱动力矩传递给主动齿轮。

联轴器与主动齿轮轴之间依靠端齿传递力矩。在高速、重载大功率的工况下，对联轴器提出了高的要求。要求联轴器在及其有限的空间内实现高转速运转和大扭矩的传递。

为了解决上述问题，现代交流大功率机车的驱动系统普遍采用将电机和齿轮箱合成的整体驱动系统，其联轴器采用膜片式弹性联轴器，如HXD1B.HXD3B等机车。联轴器的端齿齿形分布通常采用三种方式：十字型端齿，径向端齿，圆弧端齿，三种方式的齿形断面均为梯形。

在当前实际应用过程中，圆弧端齿主要有两种形式，一种是每对啮合的圆弧端齿盘分为凸齿元件和凹齿元件，另一种圆弧端齿是各圆弧端齿沿径向方向齿廓线的方向相同。后一种圆滑端齿相对于前一种，具有结构简单，制造方便等优点，可以采用成形杯形砂轮一次同时加工两相邻齿面，能够较大的提高圆弧端齿的制造加工效率。

圆弧端齿相对于其它几种齿形端面，则主要具有以下优点：高刚性，当齿与齿啮合时，轮齿间接触面是相当均匀连续的，而且齿盘有多少轮齿便有多少对齿接触面，接触面积大，因此齿盘就能承受较高的载荷而具有很高的刚性。

自动对心，由于端面弧齿盘的轮齿齿形由外向内沿其弧度均匀缩小，且轮齿以端齿盘的中心轴对称。在各齿向心力的作用下，两端齿盘实现自动对心。

此外，圆弧端齿弹性联轴器较前两种齿形具有结构紧凑、啮合精度高、传递力矩大，并便于设计、制造、安装等一系列优点。

因此，圆弧端齿弹性联轴器应用于我国引进的和谐号大功率机车转向架的驱动系统中。为地消化吸收驱动系统中圆弧形端齿弹性联轴器的结构特性，需进行深入研究其设计机理和制造技术。

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