彈性聯軸器廣泛應用以及聯軸器的功率工況

隨著在船舶動力裝置中廣泛應用高速大功率柴油機，動力裝置的振動與噪聲已經成為突出問題。

{一}、彈性聯軸器在船舶動力裝置中廣泛應用

隨著在船舶動力裝置中廣泛應用高速大功率柴油機，動力裝置的振動與噪聲已經成為突出問題。在動力裝置中使用彈性聯軸器，除了傳遞功率和扭矩，同時還具有角度補償作用，調節傳動系統的固有頻率，從而改變動力傳動系統的扭振特性，達到減振降噪的目的。通過研究彈性聯軸器對某車輛動力傳動系統扭振特性的影響規律，分析了星形聯軸器剛度和阻尼對系統固有頻率、固有振型、強迫振動響應的影響；從結構分析、動力學計算和動力特性實驗3個方面研究了彈性聯軸器的動力學特點；分析比較了不同高頻段激振力作用下彈性橡膠聯軸器的減振特性，提出了基于應力波理論的彈性聯軸器高頻減振特性計算方法；通過建立有限元模型，進行彈性聯軸器的靜態強度分析、模態分析，得到彈性聯軸器在額定轉矩下的應力位移結果和固有頻率。

由于軸向與徑向振動傳遞測試方法相同，故只說明軸向測試方法，徑向不再贅述。在高彈聯軸器樣機的輸入端和輸出端分別連接一段軸，分別稱為激勵軸段和輸出軸段，將激勵軸段和輸出軸段質心處分別用空氣彈簧進行彈性支撐，空氣彈簧支撐系統的垂向固有頻率為3Hz。用激振系統在規定的頻率和振幅下對軸段施加激勵，分別測量激勵軸段和輸出軸段的軸向振動加速度幅值。

在高彈聯軸器的輸入端和輸出端分別連接一段軸，分別稱為激勵軸段和輸出軸段，將激勵軸段和輸出軸段質心處分別用彈性支撐。在激勵軸段和輸出軸段上分別固定一個卡套，用激振系統在規定的頻率和振幅下對軸段上的卡套端點處施加激勵，使軸系產生相對于軸線的扭矩，從而產生扭轉振動。

分別測量激勵軸段和輸出軸段上卡套不同位置的振動加速度幅值，試驗時加速度傳感器安裝在卡套上(垂直向下)，采用多點測量取平均值，從而減少測試誤差，提高測試精度。彈性聯軸器不對中故障的特征彈性聯軸器不對中故障的主要特征有以下的表現：1)軸承中的油膜壓力改變。聯軸器兩端軸承的支撐載荷，在有不對中的情況下，將會產生變化，負荷變小的一端，可能引起油膜失穩；負荷變大的軸承，油膜有明顯的非線性表現，容易引起告辭諧波的振動。所以，不對中情況下，聯軸器兩端的軸承上振動較大。

2)軸承處的振動幅值隨著負載的增大而變大。當存在平行不對中時，隨著載荷的增加軸承上的振幅幅值變大。

3)當彈性聯軸器存在平行不對中時，主要引起軸向振動。

主要引起徑向的振動。

當彈性聯軸器存在偏角不對中時兩半聯軸器的中心線成的夾角α彈性元件被半聯軸器壓縮，產生變形，彈性元件反作用力試圖反抗偏角不對中造成變形，兩半聯軸器之間存在彎矩，聯軸器每旋轉一周，彎矩的作用方向交變一次，彎矩施加在聯軸器連接上的轉軸的彎矩也就周期的變化一次，轉軸也就振動一次。由上見面的分析可知，當聯軸器存在偏角不對中時，振動的特征頻率主要是工頻，也就是旋轉頻率的1X。

{二}、聯軸器的功率工況

梅花形聯軸器是聯接兩軸或軸和回轉件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉而不脫開的一種裝置。此外，聯軸器還能具有補償兩軸相對位移、緩沖和減振以及防護功能。

按照聯軸器的性能分類，聯軸器可分為剛性聯軸器和撓性聯軸器。剛性聯軸器或稱為固定式聯軸器，這種聯軸器雖然不具有補償功能，但有結構簡單、制造容易、不需要維護、成本低等特點；撓性聯軸器中又分為無彈性撓性聯軸器和帶彈性元件撓性聯軸器，前一類只具有補償兩軸相對位移的能力，后一類除具有補償性能外，還具有緩沖和減振作用，但在傳遞轉矩的能力上，因受彈性元件的強度限制，一般不及無彈性元件聯軸器。

聯軸器是機車驅動裝置的關鍵部件，隨著鐵路機車車輛運行速度的提高，對聯軸器的結構及性能提出了高的要求。自二十世紀六十年代中期以來，機車動車的運行速度大幅度提高，干線貨運機車的構造速度為120160km/h，干線客運機車的構造速度為1601--250km/h，高速動車組的構造速度為200~300km/h，個別型號動車己達350km/h。為滿足高速運行的經濟指標，機車動車的功率也不斷增大。三相異步交流電機在機車上的應用獲得成功，使每臺牽引電動機的功率由700~800kW增大到1200~1600kW。單電機轉向架問世后，組合傳動的牽引電動機，其功率就人了，如法國CC21000型電力機車，其牽引電動機的小時功率達3004kW。可見，傳動裝置為適應機車動車的需要而向高速、大功率發展成為必然的趨勢。

近幾年，我國軌道交通發展迅速，加快了機車車輛技術的發展。我國鐵路客運已實現六次大提速，時速160km/h以上的線路延展里程達到1.4萬公里，時速200km/h以上的線路延展里程達6003公里。重載運輸得到發展，大秦線路大量開行1萬噸和2萬噸重載組合列車，將實現年運量3.0億噸。

由此可以看出，隨著鐵路向著高速，重載的方向大力推進，大功率機車驅動技術是機車轉向架研究的要點，為了滿足鐵路發展的需要，機車驅動裝置滿足高轉速、大扭矩、大功率的性能要求，而其關鍵部件聯軸器是驅動裝置的決定性因素，也是設計的難點。

在大功率機車的驅動系統中，聯軸器將電機的驅動力矩傳遞給主動齒輪。

聯軸器與主動齒輪軸之間依靠端齒傳遞力矩。在高速、重載大功率的工況下，對聯軸器提出了高的要求。要求聯軸器在及其有限的空間內實現高轉速運轉和大扭矩的傳遞。

為了解決上述問題，現代交流大功率機車的驅動系統普遍采用將電機和齒輪箱合成的整體驅動系統，其聯軸器采用膜片式彈性聯軸器，如HXD1B.HXD3B等機車。聯軸器的端齒齒形分布通常采用三種方式：十字型端齒，徑向端齒，圓弧端齒，三種方式的齒形斷面均為梯形。

在當前實際應用過程中，圓弧端齒主要有兩種形式，一種是每對嚙合的圓弧端齒盤分為凸齒元件和凹齒元件，另一種圓弧端齒是各圓弧端齒沿徑向方向齒廓線的方向相同。后一種圓滑端齒相對于前一種，具有結構簡單，制造方便等優點，可以采用成形杯形砂輪一次同時加工兩相鄰齒面，能夠較大的提高圓弧端齒的制造加工效率。

圓弧端齒相對于其它幾種齒形端面，則主要具有以下優點：高剛性，當齒與齒嚙合時，輪齒間接觸面是相當均勻連續的，而且齒盤有多少輪齒便有多少對齒接觸面，接觸面積大，因此齒盤就能承受較高的載荷而具有很高的剛性。

自動對心，由于端面弧齒盤的輪齒齒形由外向內沿其弧度均勻縮小，且輪齒以端齒盤的中心軸對稱。在各齒向心力的作用下，兩端齒盤實現自動對心。

此外，圓弧端齒彈性聯軸器較前兩種齒形具有結構緊湊、嚙合精度高、傳遞力矩大，并便于設計、制造、安裝等一系列優點。

因此，圓弧端齒彈性聯軸器應用于我國引進的和諧號大功率機車轉向架的驅動系統中。為地消化吸收驅動系統中圓弧形端齒彈性聯軸器的結構特性，需進行深入研究其設計機理和制造技術。

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