弹性联轴器动力特性分析

弹性联轴器动力特性分析

   弹性联轴器作为航空发动机、减速器、动力装置或者功率吸收装置之间的连接结构,在实际工作中会遭遇到因振动过大而造成事故的发生。从结构分析、动力学计算和动力特性实验三个方面阐述并研究了弹性联轴器的动力学特点。

弹性联轴器的花键连接是影响弹性联轴器动力学特性的关键因素,花键的松动连接是实现弹性轴“浮动”的充分需要条件;弹性联轴器的结构也影响着花键连接的状态,过长的转接套齿会导致松动连接的失效,从而导致危险振动的发生。通过弹性联轴器动力特性实验,测量深受弹性轴呈弯曲形态的弹性联轴器的临界转速,证明了花键松动连接转变为柔性连接可能性的存在。较后提出了取消这种可能性的效果优良措施。由于设计、加工、装配等的需要,一个完整的旋转机械转子系统通常是由两个甚至三个以上的转子连接而成。

航空发动机结构好复杂,是一种典型的旋转机械,航空发动机上的转子间连接多采用套齿花键结构。在设计联轴器时首先要确认能够优良地传递如扭矩、轴向力、径向力等负荷,其次是应考虑被连接两轴在不共轴时也能够优良工作,三是保护所有零件均能优良地定中 心和周向定位,具有良好的平衡性,并且拆装方便。在涡轮螺桨发动机中,两端分别制有套齿花键的弹性轴连接发动机输出的动力轴和减速器的主动齿轮轴;在航空发动机零部件的台架试验中,常采用两端分别制有套齿花键的弹性轴连接动力输出和试验件转子;在航空涡轮轴发动机整机台架试验中,也是采用这种形式连接发动机动力输出轴和功率吸收装置,起着传递功率的作用。这种连接结构允许被连接两轴因刚性不足,加工误差,装配不善或有较大负荷作用以致二者同心度受影响时,发动机、减速器、动力装置或者功率吸收装置仍能优良工作,因此常称为弹性联轴器弹性联轴器中的弹性轴一般是细长的空心轴,具有良好的弹性,在传递功率的同时,还能够减弱减速器(更速箱)齿轮工作时角速度变化引起的扭转振动,避免引起转子的振动,在转子负荷突然改变时也能够起到缓冲的作用,以保护减速器或者动力输出装置。除传递功率外,角度补偿是弹性联轴器的另一重要功能,也是较能反映弹性联轴器特点的功能。通过弹性联轴器的角度补偿作用能够实现发动机与减速器、动力装置或者功率吸收装置之间的振动隔离。实现角度补偿的关键结构是弹性联轴器中的花键连接,通常的花键连接分为松动连接和紧度连接两种,如果花键连接为松动连接,从理论上讲,这种连接类似于铰接形式,仅能传递扭矩而不能传递弯矩。在结构上一般是通过弹性轴两端花键连接的啮合侧隙和安装时确定的轴向位移量来实现这种松动连接,而且局限于被连接两轴有小的相对弯转变形的情况,松动连接可以补偿被连接两轴因制造、安装以及承载变形与温度变化等因素引起的径向、角向和轴向位移。紧度连接的联轴器通常称为刚性联轴器,如发动机中的压气机和涡轮转子的连接以及轮盘与轴间的连接等,紧度连接也常用于套齿安装齿轮或其它零件,一般不用在弹性联轴器中。松动连接和紧度连接在轴系弯曲动力特性计算中的模化有较大的不同。对于松动连接,正常工作状态下的花键连接一般可简化为“铰接”式的计算模型,但由于实际工作的花键连接往往遭遇到存在较大相对弯转变形的连接轴系,这时的花键连接便由原来的“铰接”转变为柔性连接。这样,花键连接便成为一种非线性刚性的连接,其第段刚性为零,而 二段刚性一般需要通过试验确定。采用了松动连接这种花键连接形式的弹性联轴器须在结构上保护连接轴系间只存在小的相对弯转变形,当然也可以通过采用膜片(盘)、鼓形花键等结构使得允许的相对弯转变形大的。对于紧度花键连接,一般可直接简化为柔性连接,其连接刚度与所用的紧度和结构尺寸等有关。