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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、軸同剛度和扭轉剛度（圖2.17）。由于載荷變化多數(shù)以扭矩轉動形式出現(xiàn)，由此引起的振動也是以扭轉振動為主，所以聯(lián)軸器最主要的剛度是扭轉剛度。
軸向剛度以產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
扭轉剛度以產生單位扭轉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)軸器的相對扭轉角rad
常用的彈性聯(lián)軸器的扭轉剛度為常量，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)軸器的扭矩和轉角之間的關系。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)軸器適用于有強烈振動的轉軸系，當軸系接近發(fā)生共振時，剛度隨扭矩的增大而增大，改變轉動軸系固有頻率和振動頻率之間的關系，就能避開共振。
由于橡膠的負荷-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)扭轉剛度和靜態(tài)扭轉剛度各不相同，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部摩擦（如橡膠）產生的。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生磨擦外。同時在彈性元件內部還存在內摩擦，用油或脂潤滑的聯(lián)軸器還會產生液體的粘性摩擦，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)的關系是
式中C—聯(lián)軸器扭轉剛度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)扭轉剛度和動態(tài)扭轉剛度各不相同，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為標準，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)扭轉剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的頻率特性曲線相當平穩(wěn)，認為動態(tài)特性與頻率無關。因外文獻報道。硫化橡膠動態(tài)彈性系數(shù)在200Hz以下幾乎與頻率無關，德四VULKAN公司將樣本值動態(tài)扭轉剛度試驗試驗頻率指定為10Hz，也是因為這個原因。
(3)強度
通常控制硬度的方法是控制橡膠中的炭黑。如果降低橡膠的剛度，動態(tài)扭轉剛度和阻尼系數(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)
設動倍率為彈性聯(lián)軸器動態(tài)扭轉剛度和靜態(tài)扭轉剛度的比值，扭轉振幅（變動扭矩）越小，動倍率就越大，扭轉振幅（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)動機動力時，其扭轉剛度的動倍率在1.3-1.5之間。在以后的計算中，考慮到各個影響因素．動倍率設定為1.4。
2.6.4 彈性聯(lián)軸器扭振減振原理
現(xiàn)假設聯(lián)軸器主動側作用有穩(wěn)定轉矩分量To和按簡諧規(guī)律變化的擾動轉矩分量Td1sinwt,通過建立扭振微分方程，經(jīng)運算后可得聯(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——綜合轉動慣量n·m·s2
當sin(wt+α)=1時，諧振轉矩Td2達到最大值
由上式可知：經(jīng)聯(lián)軸器傳遞振動轉矩的振幅，主要與動力放大系數(shù)Kd和主、從動部分的轉動慣量I1,I2有關：
（1）當擾動轉矩作用一側的轉動慣量大于另一側的轉動慣量時，即I1I2時，可以減小擾動轉矩的振幅；反之，則效果不明顯。
(2）動力放大系數(shù)Kd對振動轉矩振幅的影啊，與阻尼系數(shù)γ、頻率比 等有關。當阻尼系數(shù)γ一定時，振動轉矩的振幅僅與軸系的固有頻率f有關，即與聯(lián)軸器的剛度C有關：由單自由度系統(tǒng)的簡諧強迫振動相關理論可知，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隨著扭轉剛度C的減小而線性減小。
(3）在扭轉剛度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)軸器輸入轉速n有關，使得Kd隨著聯(lián)軸器輸入轉速n增長而降低。
2.7聯(lián)軸器的應用
為了滿足各種機器的不同工作要求，就要根據(jù)實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動力裝置）中，如艦船的動力裝置、柴油發(fā)動機組、壓縮機組、柴油機試驗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（如合成氨廠的氫氖壓縮機），其功率大，轉速低，一般由同步電機直接傳動，電機軸與壓縮機曲鈾采用凸緣聯(lián)軸器，轉速高的壓縮機也有采用齒輪聯(lián)軸器的。通風機在用聯(lián)軸器傳動時，中、小型的離心鼓風機常用彈性聯(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。離心式壓縮機一般采用齒輪聯(lián)軸器、齒式無鍵聯(lián)軸器。
泵是應用最為廣泛的化工機器之一。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作為原動機，采用凸緣聯(lián)軸器聯(lián)接傳動。轉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用，泵的轉速大于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)軸器應經(jīng)過動平衡檢驗。
離心機與電動機間多采用直聯(lián)傳動或皮帶傳動。如上懸式離心機的主軸通過離心摩擦離合器與電動機抽直聯(lián)傳動，臥式刮刀卸料離心機、臥式活塞推料離心機、臥式螺旋卸料離心機、立式離心力卸料離心機、管式高速離心機、高速分離機等離心機，一般在轉鼓一端裝有皮帶輪，通過三角皮帶將電動機的扭矩傳遞結轉鼓。由于離心機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的問題，近年來一些大、中型的離心機廣泛采用液力聯(lián)軸器進行傳動，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。
化工生產中應用的主要輸送機器有膠帶輸送機、刮板輸送機、螺旋輸送機、斗式提升機等。這些輸送機器常用的傳動方式為電動機通過皮帶與減速機的高速軸相連，低速軸通過彈性聯(lián)軸器與輸送設備的傳動主軸聯(lián)接；也有的是在電機側選用彈性聯(lián)軸器，而在輸送設備則是皮帶傳動；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。有的運輸機械不選用皮帶傳動，而用扭矩限制型聯(lián)鈾器，以防止動力過載。對于機身校長、慣性很大、起動時沖擊比較大的膠帶輸送機、刮板輸送機，選用延充式或閥控式液力聯(lián)軸器比較合適。
化工生產中應用的攪拌機經(jīng)常采用夾殼式聯(lián)鈾器，回轉式干燥器、破碎機、球磨機等機械設備。近年來廣泛采用液力聯(lián)軸器進行傳動。大型的鍋爐給水泵采用調速型液力聯(lián)軸器，因這種聯(lián)軸器調節(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)軸器廣泛應用于礦山、冶金、機械等行業(yè)。由于其具有優(yōu)良的起動、保護等性能而倍受歡迎。在煤炭行業(yè)，更發(fā)揮了其獨特作用保護著設備的正常運和煤炭的安全生產。
另外，對于裝有機械密封、浮環(huán)密封的離心泵或離心壓縮機等設備，考慮到密封結構的拆裝方便，經(jīng)常采用在兩個半聯(lián)軸器中間加設一個間隔套筒，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，在拆裝密封結構時不需要移動設備。在大型的透平壓縮機上，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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