橡胶块不同连接方式对膜片联轴器径向刚度特性的影响

发布时间：2019-06-24

1新型膜片橡胶联轴器简介
弹性联轴器能够补偿轴系轴线在运行过程中产生的轴向偏移、径向偏移或角向偏移，轴系轴向偏移径向偏移角向偏移。
由于主机等弹性安装的广泛实施，目前船舶动力系统对于轴系中弹性联轴器的性能要求越来越高，不仅要求弹性联轴器能够补偿越来越大的轴线偏移量和对轴系设备越来越小的附加反力，而且还要求弹性联轴器能够实现的减振功能。
为了满足船舶动力系统对于弹性联轴器大偏移补偿量、低刚度(尤其是低径向刚度)的需求，研究了一种新型的膜片橡胶联轴器结构。由于在设计该联轴器结构时，其外形尺寸(直径D和长度L)已经给定，因此，要在此约束下，尽量优化其结构，降低联轴器的刚度尤其是径向刚度，以满足系统对设备的要求。
该膜片联轴器主要由两端的金属膜片组、连接法兰、橡胶块等组成。它通过金属膜片组以及橡胶块将主机输出的功率传递给轴系，并且借助膜片组与橡胶块的弹性变形来补偿主机与轴系之间的轴线偏移。为了降低因弹性变形而产生的附加反力对轴系设备的影响，系统要求该联轴器的刚度尤其是径向刚度尽量降低。
在结构设计方而，要该膜片橡胶联轴器的刚度特性尤其是径向刚度特性，比较的途径是增加联轴器的长度、直径以及优化其内部结构参数。而长度和直径参数已经给定，若要刚度特性，只能优化调整两组金属膜片组及其间的橡胶块的结构。
2橡胶块不同连接方式对联轴器径向刚度特性的影响
在类似的膜片橡胶联轴器结构中，为了能使每组金属膜片在较大的角弯曲变形下所产生的反力矩尽量小，把两组金属膜片设置在两端并尽量扩大两组膜片之间的间距。由于联轴器总长度已经确定，两端膜片组的位置很容易确定；给定了扭矩负载等要求后，膜片的结构参数也很快确定。因此，考虑中间橡胶块结构与两端膜片组的连接方式是主要的工作。
橡胶块与两端膜片组的连接方式有两种：端而连接型和径向连接型。对应于这两种连接方式，当联轴器传递扭矩时，橡胶块的剪切应力和切向变形也有两种不同的形式，即两端而相对扭转和内外径相对扭转。
比较端而连接型橡胶块和径向连接型橡胶块的扭转刚度关系式可知，当橡胶块结构尺寸相同时，端而连接型橡胶块的扭转刚度比径向连接型橡胶块的扭转刚度要大很多(接近2倍)。因此在承受同样的扭矩作用下，端而连接型橡胶块的扭转变形要小很多，相应地扭转应力也要小得多。
对于端而连接型橡胶块结构，在承受扭矩作用时，橡胶块主要变形是剪切变形且变形较小，再受同样给定的径向位移作用，橡胶块仍然是剪切变形，产生的反力会较小。而径向连接型橡胶块结构，在承受扭矩作用时，主要是剪切变形且变形很大，但受径向位移作用时，部分橡胶块将呈现压缩变形。因橡胶材料的压缩弹性模量大于其剪切弹性模量，以及橡胶块在扭转变形时的应力就较大，此时产生的反力就较大。因此，端而连接型橡胶块结构的径向反力要小于径向连接型橡胶块结构的径向反力。
而在承受扭矩负载后在承受轴向位移作用时，两种连接结构的受力趋势与承受径向位移时的趋势相反，即端而连接型橡胶块受压缩，而径向连接型橡胶块受剪切，因此，径向连接型橡胶块结构的轴向刚度小于端而连接型橡胶块结构的轴向刚度。
在径向刚度特性分析中，先在第 一个载荷步对 联轴器施加额定扭矩，然后在载荷步中，在保持扭矩固定不变的条件下再对联轴器施加一个指定的径向位移或轴向位移。
通过对橡胶块不同连接结构的联轴器进行分析研究可知，端而连接型结构的径向刚度远低于径向连接型结构的径向刚度，而端而连接型结构的轴向刚度径向大于连接型结构的轴向刚度。在实际应用中，要求联轴器的径向刚度及轴向刚度都在一个合适的范围内，并且对于径向刚度的实现难度要远大于轴向刚度。径向连接型联轴器的径向刚度明显过大，端而连接型联轴器的径向刚度要低得多，而其轴向刚度比径向连接型要略大(但尚能够满足技术要求)，因此端而连接型的综合性能较好。现以端而连接型膜片橡胶联轴器结构为改进研究的对象，进一步降低其径向刚度数值。