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2.6 彈性聯(lián)軸器的動態(tài)特性
2.6.1 剛度
聯(lián)軸器的剛度可分為徑向剛度、軸同剛度和扭轉(zhuǎn)剛度（圖2.17）。由于載荷變化多數(shù)以扭矩轉(zhuǎn)動形式出現(xiàn)，由此引起的振動也是以扭轉(zhuǎn)振動為主，所以聯(lián)軸器最主要的剛度是扭轉(zhuǎn)剛度。
軸向剛度以產(chǎn)生軸向單位長度拉伸或壓縮的力表示。形如下式：
式中F—聯(lián)軸器所受的軸向載荷N
ΔL—聯(lián)軸器軸向長度的改變量m
徑問剛度以產(chǎn)生徑向單位長度抬升或下沉的力表示。形如下式
式中W—聯(lián)軸器所受的軸向載荷N
f—聯(lián)軸器軸向長度的改變量m
扭轉(zhuǎn)剛度以產(chǎn)生單位扭轉(zhuǎn)變形所需的扭矩表示。通常，由于傳動軸系中其他零件的剛度都比彈性聯(lián)軸器的剛度大得多，所以，為了簡化起見，其他零件的彈性可以略去不計，僅考慮聯(lián)軸器的彈性，并根據(jù)這一情況以聯(lián)軸器的剛度作為傳動軸系的剛度。剛度可用下式表示：
式中T—聯(lián)軸器傳遞的扭矩N·mm
φ—在扭矩T作用下兩半聯(lián)軸器的相對扭轉(zhuǎn)角rad
常用的彈性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度為常量，稱為等剛度聯(lián)軸器，即兩半聯(lián)軸器相對扭轉(zhuǎn)角隨扭矩的增大而線性增大，如下圖2.18中的曲線l為等剛度彈性聯(lián)軸器的扭矩和轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。彈性聯(lián)軸器的剛度也可以是變化的，稱為變剛度聯(lián)軸器，也就是非線性剛度。如下圖曲線2所示。變剛度彈性聯(lián)軸器適用于有強(qiáng)烈振動的轉(zhuǎn)軸系，當(dāng)軸系接近發(fā)生共振時，剛度隨扭矩的增大而增大，改變轉(zhuǎn)動軸系固有頻率和振動頻率之間的關(guān)系，就能避開共振。
由于橡膠的負(fù)荷-形變曲線是非線性的，因此，它的靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度是不相同的。也就是說，在各種不同條件下，橡膠聯(lián)軸器的動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度各不相同，所以掌握其在不同條件下的動態(tài)特性很重要。
2.6.2 阻尼
聯(lián)軸器的阻尼作用是由零件之間的摩擦（如板彈簧）或非金屬元件材料的內(nèi)部摩擦（如橡膠）產(chǎn)生的。彈性聯(lián)軸器在傳遞不穩(wěn)定扭矩過程中，彈性元件的接觸表面上產(chǎn)生磨擦外。同時在彈性元件內(nèi)部還存在內(nèi)摩擦，用油或脂潤滑的聯(lián)軸器還會產(chǎn)生液體的粘性摩擦，這些摩擦都將吸收一部分動能，我們稱為阻尼作用。
阻尼作用可以實(shí)現(xiàn)緩沖和衰減振動。聯(lián)軸器的阻尼性能可以用阻尼系數(shù)來表示，它是每一次循環(huán)中產(chǎn)生的阻尼Wd和存儲在聯(lián)軸器彈性元件中的變形能Wf之比，即：
在振動運(yùn)動微分方程中，粘滯阻尼系數(shù)用γ表示，它與阻尼系數(shù)的關(guān)系是
式中C—聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度N·mm/rad
f—振動頻率或者扭動力矩變化頻率1/s
聯(lián)軸器的阻尼作用如圖2.19所示，聯(lián)軸器在工作過程中，加載和卸載的特性線不重合，所包圍的面積，OAB就代表阻尼所消耗的能量。
聯(lián)軸器傳遞變扭矩時，阻尼系數(shù)越大，由于摩擦所消耗的能量就越多，反之，阻尼越小，消耗的動能也就越少。
2.6.3 橡膠元件動態(tài)特性的影響因素
由于橡膠的負(fù)荷-形變曲線是非線性的，因此，它的靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度是不相同的。也就是說，在各種不同條件下，橡膠聯(lián)軸節(jié)的動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度各不相同，所以掌握其在不同條件下的動態(tài)特性很重要。
橡膠元件的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼特性隨以下因素而變化:
(l）溫度
動態(tài)剛度與阻尼系數(shù)隨著溫度的變化有著極其相似的變化率。若以溫度30℃時的剛度值C30Td為標(biāo)準(zhǔn)，那么在其他溫度時
式中Stc—溫度修正系數(shù)
阻尼系數(shù)修正公式為
(2）振動頻率
動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的頻率特性曲線相當(dāng)平穩(wěn)，認(rèn)為動態(tài)特性與頻率無關(guān)。因外文獻(xiàn)報道。硫化橡膠動態(tài)彈性系數(shù)在200Hz以下幾乎與頻率無關(guān)，德四VULKAN公司將樣本值動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度試驗(yàn)試驗(yàn)頻率指定為10Hz，也是因?yàn)檫@個原因。
(3)強(qiáng)度
通�？刂朴捕鹊姆椒ㄊ强刂葡鹉z中的炭黑。如果降低橡膠的剛度，動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù)按同比例下降。將橡膠硬度從邵氏A型60度降到55度。動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度隨之降低26.2%，動態(tài)阻尼系數(shù)同時隨之損失了27.0％。
(4)振幅或平均扭矩和變動扭矩（圖2.20)
設(shè)動倍率為彈性聯(lián)軸器動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度的比值，扭轉(zhuǎn)振幅（變動扭矩）越小，動倍率就越大，扭轉(zhuǎn)振幅（變動扭矩）越大，動倍率就超小。
另外，值得注意的是橡膠中加簾布對阻尼的影響是很明顯的
據(jù)此，我們推斷，橡膠彈性聯(lián)軸器在工作環(huán)境溫度高，傳遞變動扭矩大的發(fā)動機(jī)動力時，其扭轉(zhuǎn)剛度的動倍率在1.3-1.5之間。在以后的計算中，考慮到各個影響因素．動倍率設(shè)定為1.4。
2.6.4 彈性聯(lián)軸器扭振減振原理
現(xiàn)假設(shè)聯(lián)軸器主動側(cè)作用有穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩分量To和按簡諧規(guī)律變化的擾動轉(zhuǎn)矩分量Td1sinwt,通過建立扭振微分方程，經(jīng)運(yùn)算后可得聯(lián)軸器所受的諧振扭矩為：
式中I1,I2—主動軸，從動軸的等效轉(zhuǎn)動慣量N·m·S2
α—相位角rad
Kd—動力放大系數(shù)
式中C—聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度N·m/rad
γ—聯(lián)軸器粘滯阻尼系數(shù)N·m·s/rad
ω——擾動扭矩的頻率1/s
軸系固有頻率
式中Ip——綜合轉(zhuǎn)動慣量n·m·s2
當(dāng)sin(wt+α)=1時，諧振轉(zhuǎn)矩Td2達(dá)到最大值
由上式可知：經(jīng)聯(lián)軸器傳遞振動轉(zhuǎn)矩的振幅，主要與動力放大系數(shù)Kd和主、從動部分的轉(zhuǎn)動慣量I1,I2有關(guān)：
（1）當(dāng)擾動轉(zhuǎn)矩作用一側(cè)的轉(zhuǎn)動慣量大于另一側(cè)的轉(zhuǎn)動慣量時，即I1I2時，可以減小擾動轉(zhuǎn)矩的振幅；反之，則效果不明顯。
(2）動力放大系數(shù)Kd對振動轉(zhuǎn)矩振幅的影啊，與阻尼系數(shù)γ、頻率比 等有關(guān)。當(dāng)阻尼系數(shù)γ一定時，振動轉(zhuǎn)矩的振幅僅與軸系的固有頻率f有關(guān)，即與聯(lián)軸器的剛度C有關(guān)：由單自由度系統(tǒng)的簡諧強(qiáng)迫振動相關(guān)理論可知，只有動力放大系數(shù)Kd＜1時，彈性聯(lián)軸器才能起到減振作用。由上面的分析可知，Kd隨著扭轉(zhuǎn)剛度C的減小而線性減小。
(3）在扭轉(zhuǎn)剛度C一定時，Kd隨著擾動頻率ω的增大而減小，擾動頻率與聯(lián)軸器輸入轉(zhuǎn)速n有關(guān)，使得Kd隨著聯(lián)軸器輸入轉(zhuǎn)速n增長而降低。
2.7聯(lián)軸器的應(yīng)用
為了滿足各種機(jī)器的不同工作要求，就要根據(jù)實(shí)際工作情況采用不同型式的聯(lián)軸
器。
在各種動力裝置（特別是重要的柴油機(jī)動力裝置）中，如艦船的動力裝置、柴油發(fā)動機(jī)組、壓縮機(jī)組、柴油機(jī)試驗(yàn)臺架等工作條件下大量使用高彈性橡膠連軸器，尤其是在車輛動力傳動系統(tǒng)中，在動力系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)之間使用彈性聯(lián)軸器，位置如圖2.21。
一般中、小功率的壓縮機(jī)采用彈性聯(lián)軸器比較多，如彈性圓柱銷聯(lián)軸器、尼龍柱銷聯(lián)軸器：大型的對稱平衡型中、高壓壓縮機(jī)（如合成氨廠的氫氖壓縮機(jī)），其功率大，轉(zhuǎn)速低，一般由同步電機(jī)直接傳動，電機(jī)軸與壓縮機(jī)曲鈾采用凸緣聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)速高的壓縮機(jī)也有采用齒輪聯(lián)軸器的。通風(fēng)機(jī)在用聯(lián)軸器傳動時，中、小型的離心鼓風(fēng)機(jī)常用彈性聯(lián)軸器，如彈性圓柱銷聯(lián)軸器、尼龍柱銷聯(lián)軸器等。大功率的則采用齒輪聯(lián)軸器。離心式壓縮機(jī)一般采用齒輪聯(lián)軸器、齒式無鍵聯(lián)軸器。
泵是應(yīng)用最為廣泛的化工機(jī)器之一。中、小型泵一般采用彈性聯(lián)軸器。大功率的軸流泵、水輪泵常常以同步電機(jī)作為原動機(jī)，采用凸緣聯(lián)軸器聯(lián)接傳動。轉(zhuǎn)速較高的大功率泵采用齒輪聯(lián)軸器比較多。離心式泵中輸送的介質(zhì)為小顆粒的懸浮液時大多采用彈性聯(lián)軸器：如果離心式泵輸送介質(zhì)為大顆粒的懸浮液時，一般用皮帶傳動。高速離心泵近年來在化工裝置中得到廣泛的應(yīng)用，泵的轉(zhuǎn)速大于500Or/min以上時，一般選用托馬斯彈性聯(lián)軸器，大功率的高速離心泵選用齒式聯(lián)軸器時，所選聯(lián)軸器應(yīng)經(jīng)過動平衡檢驗(yàn)。
離心機(jī)與電動機(jī)間多采用直聯(lián)傳動或皮帶傳動。如上懸式離心機(jī)的主軸通過離心摩擦離合器與電動機(jī)抽直聯(lián)傳動，臥式刮刀卸料離心機(jī)、臥式活塞推料離心機(jī)、臥式螺旋卸料離心機(jī)、立式離心力卸料離心機(jī)、管式高速離心機(jī)、高速分離機(jī)等離心機(jī)，一般在轉(zhuǎn)鼓一端裝有皮帶輪，通過三角皮帶將電動機(jī)的扭矩傳遞結(jié)轉(zhuǎn)鼓。由于離心機(jī)在分離過程中容易發(fā)生過載，所以在傳動方式上要考慮過載保護(hù)的問題，近年來一些大、中型的離心機(jī)廣泛采用液力聯(lián)軸器進(jìn)行傳動，由于液力聯(lián)軸器能減小起動時的沖擊與振動、隔離扭轉(zhuǎn)振動、防止動力過載，因此它比皮帶傳動來得優(yōu)越。也有的采用銷釘式或摩擦式安全聯(lián)軸器。
化工生產(chǎn)中應(yīng)用的主要輸送機(jī)器有膠帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、斗式提升機(jī)等。這些輸送機(jī)器常用的傳動方式為電動機(jī)通過皮帶與減速機(jī)的高速軸相連，低速軸通過彈性聯(lián)軸器與輸送設(shè)備的傳動主軸聯(lián)接；也有的是在電機(jī)側(cè)選用彈性聯(lián)軸器，而在輸送設(shè)備則是皮帶傳動；常用的彈性聯(lián)軸器有：彈性圓柱銷聯(lián)軸器、輪胎聯(lián)軸器、尼龍柱消聯(lián)軸器等。有的運(yùn)輸機(jī)械不選用皮帶傳動，而用扭矩限制型聯(lián)鈾器，以防止動力過載。對于機(jī)身校長、慣性很大、起動時沖擊比較大的膠帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)，選用延充式或閥控式液力聯(lián)軸器比較合適。
化工生產(chǎn)中應(yīng)用的攪拌機(jī)經(jīng)常采用夾殼式聯(lián)鈾器，回轉(zhuǎn)式干燥器、破碎機(jī)、球磨機(jī)等機(jī)械設(shè)備。近年來廣泛采用液力聯(lián)軸器進(jìn)行傳動。大型的鍋爐給水泵采用調(diào)速型液力聯(lián)軸器，因這種聯(lián)軸器調(diào)節(jié)流量的性能好，又能降低動力消耗。尿素裝置中的高壓甲氨泵是大型的柱塞泵，為了適應(yīng)工藝要求的流量變化，這種泵就采用液力變矩器。
液力聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、機(jī)械等行業(yè)。由于其具有優(yōu)良的起動、保護(hù)等性能而倍受歡迎。在煤炭行業(yè)，更發(fā)揮了其獨(dú)特作用保護(hù)著設(shè)備的正常運(yùn)和煤炭的安全生產(chǎn)。
另外，對于裝有機(jī)械密封、浮環(huán)密封的離心泵或離心壓縮機(jī)等設(shè)備，考慮到密封結(jié)構(gòu)的拆裝方便，經(jīng)常采用在兩個半聯(lián)軸器中間加設(shè)一個間隔套筒，如齒式聯(lián)軸器、隔筒式聯(lián)軸器等聯(lián)軸器。這樣，由于軸端距的增加，在拆裝密封結(jié)構(gòu)時不需要移動設(shè)備。在大型的透平壓縮機(jī)上，考慮聯(lián)軸器輪轂的快速拆裝，用高壓油拆裝的齒式無鍵聯(lián)軸器開始獲得廣泛使用。
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