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(bǔ)償軸系軸線在運(yùn)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(jī)等彈性安裝的廣泛實(shí)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(bǔ)償越來越大的軸線偏移量和對軸系設(shè)備越來越小的附加反力，而且還要求彈性聯(lián)軸器能夠?qū)崿F(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(bǔ)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(jié)構(gòu)。由于在設(shè)計(jì)該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，降低聯(lián)軸器的剛度尤其是徑向剛度，以滿足系統(tǒng)對設(shè)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(jī)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(bǔ)償主機(jī)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(diào)整兩組金屬膜片組及其間的橡膠塊的結(jié)構(gòu)。
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(jié)構(gòu)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(shè)置在兩端并盡量擴(kuò)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(fù)載等要求后，膜片的結(jié)構(gòu)參數(shù)也很快確定。因此，考慮中間橡膠塊結(jié)構(gòu)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(yīng)于這兩種連接方式，當(dāng)聯(lián)軸器傳遞扭矩時，橡膠塊的剪切應(yīng)力和切向變形也有兩種不同的形式，即兩端而相對扭轉(zhuǎn)和內(nèi)外徑相對扭轉(zhuǎn)。
比較端而連接型橡膠塊和徑向連接型橡膠塊的扭轉(zhuǎn)剛度關(guān)系式可知，當(dāng)橡膠塊結(jié)構(gòu)尺寸相同時，端而連接型橡膠塊的扭轉(zhuǎn)剛度比徑向連接型橡膠塊的扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變形要小很多，相應(yīng)地扭轉(zhuǎn)應(yīng)力也要小得多。
對于端而連接型橡膠塊結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)變形時的應(yīng)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(jié)構(gòu)的徑向反力要小于徑向連接型橡膠塊結(jié)構(gòu)的徑向反力。
而在承受扭矩負(fù)載后在承受軸向位移作用時，兩種連接結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的軸向剛度小于端而連接型橡膠塊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器進(jìn)行分析研究可知，端而連接型結(jié)構(gòu)的徑向剛度遠(yuǎn)低于徑向連接型結(jié)構(gòu)的徑向剛度，而端而連接型結(jié)構(gòu)的軸向剛度徑向大于連接型結(jié)構(gòu)的軸向剛度。在實(shí)際應(yīng)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(shí)現(xiàn)難度要遠(yuǎn)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(shù)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(jié)構(gòu)為改進(jìn)研究的對象，進(jìn)一步降低其徑向剛度數(shù)值。