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蛇形弹簧联轴器的不平衡影响因素及传动效率

文章作者:泊头昌瑞传动   发布时间:2019-04-11
由联轴器主体零件(半联轴器等)设计规范规定的制造公差而产生的不平衡。

直线齿廓蛇形弹簧联轴器是在两半联轴器的凸缘上加工出特定形状的齿,齿槽之间嵌有弯曲的弹簧片,工作时,通过弹簧片将扭矩从一个半联轴器传至另一个半联轴器。其常见结构,半联轴器上的齿廓形状。这种联轴器在正常载荷下,弹簧与齿接触点之间的距离不随弹簧变形量的改变而改变,因而刚度不变,两半联轴器的相对转角与所传递的扭矩为线性关系,属于等刚度联轴器。

直线齿廓的优点是齿形比较简单,应用较广。其缺点是,只能用在传递扭矩变化不大的情况考虑到使用中可能出现的瞬时过载和冲击现象,传递扭矩变化较大时,若根据正常载荷设计,则所得弹性元件的刚度较小,当它受到较大的冲击载荷时,元件的变形过大而超出正常范围,会有失效的危险;若根据较大载荷设计,则所得弹性元件的刚度较大,以致在正常载荷下弹性元件的弹性不够,起不到需要的缓冲作用。为克服这一缺点,可根据较大载荷,以弹簧强度及安装空间等条件为约束,以联轴器刚度较小为目标,进行优化设计,即可得到既满足承载能力的要求,又能够使刚度为较小,从而具有良好的缓冲和减振性能的较优结果,从而使上述问题迎刃而解。

联轴器由于种种原因使其质心或惯性主轴与其加转轴线不重合,在运转时将产生不平衡离心惯性力、离心惯性偶力和动挠度(振型)的现象,称为转子的不平衡现象,这种不平衡现象必然引起轴系的振动,从而影响机器的正常工作和使用寿命,因而对其必须加以重视。

  影响联轴器不平衡的因素有以下几个方面。

  1、由联轴器主体零件(半联轴器等)设计规范规定的制造公差而产生的不平衡。

  2、由联轴器与轴的对中面的偏心(轴孔的圆柱度及其与外缘的同轴度)而产生的不平衡。

  3、联轴器中配合零件之间的间隙。

  4、联轴器中附件(螺纹连接件、键、轴端压板)分布不均匀或不对称引起的不平衡。

  5、由联轴器各零件的材质不均匀或磨损不均匀引起的不平衡。

一般情况下设计人员无需自行设计联轴器,只有在现有标准联轴器不能满足需要时才需自行设计联轴器。标准联轴器选购方便,价格比自行设计的非标准联轴器要便宜很多。在众多的标准联轴器中,正确选择适合自己需要的联轴器,关系到机械产品轴系传动的工作性能、可靠性、使用寿命、振动、噪声、节能、传动效率、传动精度、经济性等一系列问题,也关系到机械产品的质量。

设计人员在选用联轴器时应立足于从轴系传动系统的角度需要来选择联轴器,应避免单纯的只考虑主、从动端联接选择联轴器。

  (一)动力机的机械特性

  动力机到工作时之间,通过一个或数个不同品种或不同型式、规格的联轴器将主、从动端联接起来,形成轴系传动系统。在机械传动中,动力机不外乎电动机、内燃机和汽轮机。由于动力机工作原理和结构不同,其机械特性差别很大,有的运转平稳,有的运转时有冲击,对传动系统形成不等的影响。

  动力机的机械特性对整个传动系统有一定的影响,不同类型的动力机,由于其机械特性不同,应选取相应的动力机系数KW,选择适合于该系统的较佳联轴器。动力机的类别是选择联轴器品种的基本因素;动力机的功率是确定联轴器的规格大小的主要依据之一,与联轴器转矩成正比。

  固定的机械产品传动系统中的动力机大都是电动机,运行的机械产品传动系统(例如般舶、各种车辆等)中的动力机多为内燃机,当动力机为缸数不同的内燃机时,必须考虑扭振对传动系统的影响,这种影响因素与内燃机的缸数、各缸是否正常工作有关。此时一般应选用弹性联轴器,以调整轴系固有频率,降低扭振振幅,从而减振、缓冲、保护传动装置部件,改善对中性能,提高输出功率的稳定性。

  (二)载荷类别

  由于结构和材料不同,用于各个机械产品传动系统的联轴器,其承载能力差异很大。载荷类别主要是针对工作机的工作载荷的冲击、振动、正反转、制动、频繁启动等原因而形成不同类别的载荷。为便于选用计算,将传动系统的载荷分为四类。

  传统系统的载荷类别是选择联轴器品种的基本依据。冲击、振动和转知变化较大的工作载荷,应选择具有弹性元件的挠性联轴器即弹性联轴器,以缓冲、减振、补偿轴线偏移,改善传动系统工作性能。起动频繁、正反转、制动时的转矩是正常平稳工作时转矩的数倍,是超载工作,必然缩短联轴器弹性元件使用寿命,联轴器只允许短时超载,一般短时超载不得超过公称转矩的2~3倍,即[Tmax]≥2~3Tn。

  低速重载工况应避免选用只适用于中小功率的联轴器,例如:弹性套柱销联轴器、芯型弹性联轴器、多角形橡胶联轴器、轮胎式联轴器等;需控制过载安全保护的轴系,宜选用安全联轴器;载荷变化较大的并有冲击、振动的轴系,宜选择具有弹性元件且缓冲和减振效果较好的弹性联轴器。金属弹性联轴器承载能力高于非金属弹性元件弹性联轴器;弹性元件受挤压的弹性联轴器可靠性高于弹性元件受剪切的弹性联轴器。

  (三)联轴器的许用转速

  联轴器的许用转速范围是根据联轴器不同材料允许的线速度的较大外缘尺寸,经过计算而确定。不同材料和品种、规格的联轴器许用转速范围不相同,改变联轴器的材料可提高联轴器许用转速范围,材料为钢的许用转速大于材料为铸铁的许用转速。

  (四)联轴器所联两轴相对位移

  联轴器所联两轴由于制造误差、装配误差、安装误差、轴受载而产生和变形、基座变形、轴承磨损、温度变化、部件之间的相对运动等多种因素而产生相对位移。一般情况下,两轴相对位移是难以避免的,但不同工况条件下的轴系传动所产生态平衡位移方向,即轴向、径向角向以及位移量的大小有所不同。只有挠性联轴器才具有补偿两轴相对位移的性能,因此在实际应用中大量选择挠性联轴器。刚性联轴器不具备补偿性应用范围受到限制,因此用量很少。角向位移较大的轴系传动宜选用万向联轴器;有轴向窜动,并需控制轴向位移的轴系传动,应选用膜片联轴器;只有对中精度很高的情况下才选用刚性联轴器。

  (五)联轴器的传动精度

  小转矩和以传递运动为主的轴系传动,要求联轴器具有较高的传动精度,宜选用金属弹性元件的挠性联轴器。大转矩和传递动力的轴系传动,对传动精度亦有要求,高转速时,应避免选用非金属弹性元件弹性联轴器和可动元件之间有间隙的挠性联轴器,宜选用传动精度高的膜片联轴器。

  (六)联轴器尺寸、安装与维护

  联轴器外形尺寸,即较大径向和轴向尺寸,必须在机器设备允许的安装空间以内。间选择装拆方便、不用维护、维护周期长或维护方便、更换易损件不用移动两轴、对中调整容易的联轴器。

  大型机器设备调整两轴对中较困难,应选择使用耐久和更换易损件方便的联轴器。金属弹性元件挠性联轴器一般比非金属弹性元件挠性联轴器使用寿命长。需密封润滑和使用不耐久的联轴器,必然增加维护工作量。对于长期连续运转和经济效益较高的场合,例如我国冶金企业的轧机传动系统的高增端,目前普遍采用的上齿式联轴器,齿式联轴器虽然理论上传递转矩大,但必须在润滑和密封良好的条件下才能耐久工作,且需经常检查密封状况,注润滑油,维护工作量大,增加了辅助工时,减少了有效工作时间,影响生产效益。

  (七)工作环境

  联轴器与各种不同主机产品配套作用,周围的工作环境比较复杂。对于高温、低温、有油、酸、碱介质的工作环境,不宜选用以一般橡胶为弹性元件材料的挠性联轴器,应选择金属弹性元件挠性联轴器。 弹性柱销齿式联轴器由于运转时柱销的窜动,自身噪声大,对于噪声有严格要求的场合不应选用。



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