彈性聯軸器動力特性分析

   彈性聯軸器作為航空發動機、減速器、動力裝置或者功率吸收裝置之間的連接結構,在實際工作中會遭遇到因振動過大而造成事故的發生。從結構分析、動力學計算和動力特性實驗三個方面闡述并研究了彈性聯軸器的動力學特點。

彈性聯軸器的花鍵連接是影響彈性聯軸器動力學特性的關鍵因素,花鍵的松動連接是實現彈性軸“浮動”的充分需要條件;彈性聯軸器的結構也影響著花鍵連接的狀態,過長的轉接套齒會導致松動連接的失效,從而導致危險振動的發生。通過彈性聯軸器動力特性實驗,測量深受彈性軸呈彎曲形態的彈性聯軸器的臨界轉速,證明了花鍵松動連接轉變為柔性連接可能性的存在。較后提出了取消這種可能性的效果優良措施。由于設計、加工、裝配等的需要,一個完整的旋轉機械轉子系統通常是由兩個甚至三個以上的轉子連接而成。

航空發動機結構好復雜,是一種典型的旋轉機械,航空發動機上的轉子間連接多采用套齒花鍵結構。在設計聯軸器時首先要確認能夠優良地傳遞如扭矩、軸向力、徑向力等負荷,其次是應考慮被連接兩軸在不共軸時也能夠優良工作,三是保護所有零件均能優良地定中 心和周向定位,具有良好的平衡性,并且拆裝方便。在渦輪螺槳發動機中,兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接發動機輸出的動力軸和減速器的主動齒輪軸;在航空發動機零部件的臺架試驗中,常采用兩端分別制有套齒花鍵的彈性軸連接動力輸出和試驗件轉子;在航空渦輪軸發動機整機臺架試驗中,也是采用這種形式連接發動機動力輸出軸和功率吸收裝置,起著傳遞功率的作用。這種連接結構允許被連接兩軸因剛性不足,加工誤差,裝配不善或有較大負荷作用以致二者同心度受影響時,發動機、減速器、動力裝置或者功率吸收裝置仍能優良工作,因此常稱為彈性聯軸器彈性聯軸器中的彈性軸一般是細長的空心軸,具有良好的彈性,在傳遞功率的同時,還能夠減弱減速器(更速箱)齒輪工作時角速度變化引起的扭轉振動,避免引起轉子的振動,在轉子負荷突然改變時也能夠起到緩沖的作用,以保護減速器或者動力輸出裝置。除傳遞功率外,角度補償是彈性聯軸器的另一重要功能,也是較能反映彈性聯軸器特點的功能。通過彈性聯軸器的角度補償作用能夠實現發動機與減速器、動力裝置或者功率吸收裝置之間的振動隔離。實現角度補償的關鍵結構是彈性聯軸器中的花鍵連接,通常的花鍵連接分為松動連接和緊度連接兩種,如果花鍵連接為松動連接,從理論上講,這種連接類似于鉸接形式,僅能傳遞扭矩而不能傳遞彎矩。在結構上一般是通過彈性軸兩端花鍵連接的嚙合側隙和安裝時確定的軸向位移量來實現這種松動連接,而且局限于被連接兩軸有小的相對彎轉變形的情況,松動連接可以補償被連接兩軸因制造、安裝以及承載變形與溫度變化等因素引起的徑向、角向和軸向位移。緊度連接的聯軸器通常稱為剛性聯軸器,如發動機中的壓氣機和渦輪轉子的連接以及輪盤與軸間的連接等,緊度連接也常用于套齒安裝齒輪或其它零件,一般不用在彈性聯軸器中。松動連接和緊度連接在軸系彎曲動力特性計算中的模化有較大的不同。對于松動連接,正常工作狀態下的花鍵連接一般可簡化為“鉸接”式的計算模型,但由于實際工作的花鍵連接往往遭遇到存在較大相對彎轉變形的連接軸系,這時的花鍵連接便由原來的“鉸接”轉變為柔性連接。這樣,花鍵連接便成為一種非線性剛性的連接,其第段剛性為零,而 二段剛性一般需要通過試驗確定。采用了松動連接這種花鍵連接形式的彈性聯軸器須在結構上保護連接軸系間只存在小的相對彎轉變形,當然也可以通過采用膜片(盤)、鼓形花鍵等結構使得允許的相對彎轉變形大的。對于緊度花鍵連接,一般可直接簡化為柔性連接,其連接剛度與所用的緊度和結構尺寸等有關。