橡膠塊不同連接方式對膜片聯(lián)軸器徑向剛度特性的影響

發(fā)布時間：2019-06-24

1新型膜片橡膠聯(lián)軸器簡介
彈性聯(lián)軸器能夠補償軸系軸線在運行過程中產(chǎn)生的軸向偏移、徑向偏移或角向偏移，軸系軸向偏移徑向偏移角向偏移。
由于主機等彈性安裝的廣泛實施，目前船舶動力系統(tǒng)對于軸系中彈性聯(lián)軸器的性能要求越來越高，不僅要求彈性聯(lián)軸器能夠補償越來越大的軸線偏移量和對軸系設備越來越小的附加反力，而且還要求彈性聯(lián)軸器能夠實現(xiàn)的減振功能。
為了滿足船舶動力系統(tǒng)對于彈性聯(lián)軸器大偏移補償量、低剛度(尤其是低徑向剛度)的需求，研究了一種新型的膜片橡膠聯(lián)軸器結構。由于在設計該聯(lián)軸器結構時，其外形尺寸(直徑D和長度L)已經(jīng)給定，因此，要在此約束下，盡量優(yōu)化其結構，降低聯(lián)軸器的剛度尤其是徑向剛度，以滿足系統(tǒng)對設備的要求。
該膜片聯(lián)軸器主要由兩端的金屬膜片組、連接法蘭、橡膠塊等組成。它通過金屬膜片組以及橡膠塊將主機輸出的功率傳遞給軸系，并且借助膜片組與橡膠塊的彈性變形來補償主機與軸系之間的軸線偏移。為了降低因彈性變形而產(chǎn)生的附加反力對軸系設備的影響，系統(tǒng)要求該聯(lián)軸器的剛度尤其是徑向剛度盡量降低。
在結構設計方而，要該膜片橡膠聯(lián)軸器的剛度特性尤其是徑向剛度特性，比較的途徑是增加聯(lián)軸器的長度、直徑以及優(yōu)化其內(nèi)部結構參數(shù)。而長度和直徑參數(shù)已經(jīng)給定，若要剛度特性，只能優(yōu)化調整兩組金屬膜片組及其間的橡膠塊的結構。
2橡膠塊不同連接方式對聯(lián)軸器徑向剛度特性的影響
在類似的膜片橡膠聯(lián)軸器結構中，為了能使每組金屬膜片在較大的角彎曲變形下所產(chǎn)生的反力矩盡量小，把兩組金屬膜片設置在兩端并盡量擴大兩組膜片之間的間距。由于聯(lián)軸器總長度已經(jīng)確定，兩端膜片組的位置很容易確定；給定了扭矩負載等要求后，膜片的結構參數(shù)也很快確定。因此，考慮中間橡膠塊結構與兩端膜片組的連接方式是主要的工作。
橡膠塊與兩端膜片組的連接方式有兩種：端而連接型和徑向連接型。對應于這兩種連接方式，當聯(lián)軸器傳遞扭矩時，橡膠塊的剪切應力和切向變形也有兩種不同的形式，即兩端而相對扭轉和內(nèi)外徑相對扭轉。
比較端而連接型橡膠塊和徑向連接型橡膠塊的扭轉剛度關系式可知，當橡膠塊結構尺寸相同時，端而連接型橡膠塊的扭轉剛度比徑向連接型橡膠塊的扭轉剛度要大很多(接近2倍)。因此在承受同樣的扭矩作用下，端而連接型橡膠塊的扭轉變形要小很多，相應地扭轉應力也要小得多。
對于端而連接型橡膠塊結構，在承受扭矩作用時，橡膠塊主要變形是剪切變形且變形較小，再受同樣給定的徑向位移作用，橡膠塊仍然是剪切變形，產(chǎn)生的反力會較小。而徑向連接型橡膠塊結構，在承受扭矩作用時，主要是剪切變形且變形很大，但受徑向位移作用時，部分橡膠塊將呈現(xiàn)壓縮變形。因橡膠材料的壓縮彈性模量大于其剪切彈性模量，以及橡膠塊在扭轉變形時的應力就較大，此時產(chǎn)生的反力就較大。因此，端而連接型橡膠塊結構的徑向反力要小于徑向連接型橡膠塊結構的徑向反力。
而在承受扭矩負載后在承受軸向位移作用時，兩種連接結構的受力趨勢與承受徑向位移時的趨勢相反，即端而連接型橡膠塊受壓縮，而徑向連接型橡膠塊受剪切，因此，徑向連接型橡膠塊結構的軸向剛度小于端而連接型橡膠塊結構的軸向剛度。
在徑向剛度特性分析中，先在第 一個載荷步對 聯(lián)軸器施加額定扭矩，然后在載荷步中，在保持扭矩固定不變的條件下再對聯(lián)軸器施加一個指定的徑向位移或軸向位移。
通過對橡膠塊不同連接結構的聯(lián)軸器進行分析研究可知，端而連接型結構的徑向剛度遠低于徑向連接型結構的徑向剛度，而端而連接型結構的軸向剛度徑向大于連接型結構的軸向剛度。在實際應用中，要求聯(lián)軸器的徑向剛度及軸向剛度都在一個合適的范圍內(nèi)，并且對于徑向剛度的實現(xiàn)難度要遠大于軸向剛度。徑向連接型聯(lián)軸器的徑向剛度明顯過大，端而連接型聯(lián)軸器的徑向剛度要低得多，而其軸向剛度比徑向連接型要略大(但尚能夠滿足技術要求)，因此端而連接型的綜合性能較好?，F(xiàn)以端而連接型膜片橡膠聯(lián)軸器結構為改進研究的對象，進一步降低其徑向剛度數(shù)值。