弹性联轴器的运行情况与弹性联轴器动力特性分析

(一)、弹性联轴器的运行情况

星形联轴器是用来改变轴系的运行情况，调整传动装置轴系扭转振动特性，补偿振动、冲击所引起的主、从动机轴线位移，并不间断地传递转矩和运动的一种扭转弹性复合橡胶联轴器装置。它具有很高的弹性和的阻尼，能补偿连接机构的轴向位移、径向位移和角度的角位移，并能够较好地解决轴系的扭振问题，起到缓冲减振和降低噪声等作用。广泛用于船舶、重型汽车等行业的柴油机动力装置及具有较大干扰力矩的传动装置轴系中，实现减振降噪的目的，并起到保护主、从动机和提高整个传动装置运行性的作用。

弹性元件是弹性联轴器的关键部件，其可以吸收能量实现衰减振动、缓和冲击；同时其低刚度的物理性能可以帮助实现位移补偿和大幅度调节传动装置的固有频率，达到避免共振和降低结构噪声的目的。所以，弹性元件的发展在很大程度上决定了弹性联轴器的发展。

目前，弹性联轴器按弹性元件分类，主要金属弹性元件弹性联轴器和非金属弹性元件弹性联轴器两大类。

金属弹性元件弹性联轴器主要有膜片联轴器、蛇形弹簧联轴器等，其共同的特点是疲劳，承载能力大，性好，使用寿命长，性能稳定，动力性能容易控制，但制造要求严格，成本较高。

非金属弹性元件弹性联轴器主要有弹性套柱销联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎式联轴器等，其共同的特点是质量小，容易成型，内摩擦大，阻尼性能好，单位体积储存的变性能多，无机械摩擦切无需润滑，但强度低，耐高、低温性能差。

弹性元件是弹性联轴器中关键的零部件，它在受载时能产生显著的弹性变形，一方面起着补偿所连两轴间相对位移的作用，其次可以通过储存弹性变形达到缓冲作用，其三可以通过改变联轴器的结构刚度，来调节系统的固有频率，以减轻振动避开共振。因此，要设计出一个传动性能优良的弹性联轴器，关键在于设计好其中的弹性元件。

为了适应各类机器的工作要求，联轴器的改进和发展一直受到人们的重视。

在中小转矩和环境比较恶劣的条件下，我们多的是采用非金属弹性元件的弹性联轴器。常用的非金属弹性元件有橡胶弹性元件和工程塑料弹性元件，而橡胶弹性元件应用较为广泛。

因此，本课题旨在紧密结合国民经济和社会发展的需求，瞄准机械工程及相关技术的发展前沿，针对目前传统联轴器普遍存在的缺陷，开展了基于新型工程复合材料具有传动噪声低、减振效果好、补偿位移大及使用寿命长等优点，能改进现有弹性联轴器输出扭矩不均匀而造成轴系扭转振动，以及弹性体容易发生疲劳破坏等缺点的新型的橡胶弹性元件联轴器。并将其推广应用到各类机械、船舶、石油、化工、矿山及有关武器装备，从根本上解决动力传动系统中所出现的一系列问题。

(二)、弹性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才能发挥作用。如果在结构上安排不恰当，往往造成的振动。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形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。

受弹性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弹性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。

在设计这种弹性联轴器时，一般是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弹性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改变。

套齿花键弹性联轴器是航空发动机设计与试验中常用的结构，本文通过对弹性联轴器进行结构分析、动力特性计算、动力特性实验等工作，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，从而改变弹性联轴器的动力特性，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)弹性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，但在弹性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。