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选用联轴器的仿真分析

发布者:鑫程机械  发布日期:2020-07-04

原匹配策略选用联轴器的仿真分析

针对某型内燃发电机组,采用原匹配策略,轴系分别使用大刚度联轴器和弹性橡胶联轴器建立当量模型,进行无阻尼自由振动仿真计算.谐次激振力对应共振转速;高弹性、小刚度联轴器轴系一阶固有频率远低于3.0谐次激振力对应共振转速,其余阶固有频率均高于3.0谐次激振力对应共振转速;两种联轴器的选用都符合目前轴系抗扭振设计基本原则,不会在内燃机设定的工况转速内与3.0谐次激振力产生共振.高弹性联轴器轴系在转速为1,1,r/min时固有频率为其联轴器模态,其1.0谐次激振力在工作转速范围内会与其产生共振.

2选用联轴器的仿真分析采用连续变刚度联轴器的目的是使轴系的联轴器模态在不同转速下对应的固有频率避开内燃机1.0谐次与0.谐次对应的共振转速.根据已有的轴系与联轴器新匹配策略,该联轴器的扭转刚度随内燃机的转矩变化而变化。

2两种匹配策略轴系的扭振响应对比为验证新匹配策略的性,对采用不同匹配策略的内燃发电机组轴系建立当量模型进行强迫振动仿真计算,比较采用原策略与新策略的轴系各部件的扭振响应,如均衡工况下轴系自由端和电机转子扭振幅值,以及单缸停缸时轴系自由端的扭振幅值,使用大刚度联轴器时,电机转子扭振幅值远远大于使用弹性联轴器和变刚度联轴器时轴系电机转子的扭振幅值,幅值时几乎是弹性联轴器的10倍.同时,选取大刚度联轴器轴系扭振幅值工况进行电机转子的切向速度计算.使用大刚度联轴器时,虽然联轴器工作性高,能够适应高温、高速等恶劣工作环境,但是内燃机曲轴与电机转子几乎刚性连接,激振力直接传递到电机转子上,使得电机转子扭转振幅较大,容易导致转子出现故障这也是大刚度联轴器在内燃发电机组使用中受到限制的重要原因.

大刚度联轴器缺少挠性元件,不能提供减振效果,其联轴器的振动力矩是其他两种联轴器的几十倍;并且直接传递到电机转子上,不适用于内燃机车的内燃发电机组;使用高弹性联轴器虽然在正常工况下轴系的扭振响应较优,但是在内燃机实际工作中会有非均衡工况,单缸停缸时,联轴器功率损失已远超许用值,振动力矩也已接近许用值;使用变刚度联轴器时,轴系在正常工况和单缸停缸工况下的扭振响应较优,功率损失和振动力矩许用值均有较大裕量。

连续变刚度联轴器轴系扭振试验

稳态均衡工况扭振试验对内燃发电机组建立轴系扭振仿真计算模型时,轴系难免有的简化,并且轴系中各部件阻尼难以准确确定,因而笔者进一步对内燃发电机组轴系进行扭振试验,并和仿真值进行对比.该内燃发电机组由内燃机、主发电机、扭振减振器和弹联组成.

为均衡工况下测得的轴系自由端的综合扭振角位移幅值及各谐次扭振幅值随转速的变化.采用当量模型扭振计算获得的均衡工况下曲轴自由端的综合扭振角位移幅值及各谐次扭振幅值随转速变化.仿真值与试验值的幅值、变化规律基本一致.因而该内燃机车内燃发电机组的轴系计算所采用的当量模型是准确的,其计算值能够用于原策略与新匹配策略的对比.

非均衡工况扭振试验

内燃机单缸停缸时,对连续变刚度联轴器轴系进行扭振测试,高弹性联轴器轴系在内燃机非均衡工况时,内燃机低谐次激励会与轴系联轴器扭振模态产生共振,容易导致联轴器失效破坏;大刚度联轴器轴系的联轴器扭振模态对应的共振转速较高,但该联轴器缺少挠性元件,激振力直接传递到电机转子容易造成电机故障。采用一种新的轴系变刚度联轴器匹配策略,既保留高弹性联轴器的减振效果,又避免了内燃机低谐次激励与轴系联轴器扭振模态产生共振,轴系在各缸做功的均衡和非均衡工况下都具有良好的扭振性能,联轴器也能保留足够的裕量。


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