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联轴器附加力建模

发布者:鑫程机械  发布日期:2017-08-06

    齿式联轴器作为回转机械的重要组成部分,不仅起到联接两个轴段传递扭矩的作用,而且还可以补偿由安装、制造和热变形引起的误差,与其他联轴器相比,具有体积小、传递扭矩大等特点,广泛应用.但在传递扭矩的过程中会发生各种振动和磨损,特别是在高速回转的情况下振动和磨损加严重.通过对齿轮联轴器联接轴系的扭转、弯曲车由向振动的大量试验及力学分析,失锅重夫对齿式联轴器的白激振动进行了较为系统的总结,指出引起白激振动主要原因来白:(齿轮联轴器刚度的非线性;(2)齿面的摩擦力;( 3)内外齿轮的不对中及中问浮动体的结构.另外山内、染谷等人在齿面存在摩擦作用下对半联轴器系统的弯曲振动进行了非线性分析.从以往中可以看出,齿式联器齿面问的摩擦力是引起其磨损和振动的主要原因之一本文假设齿面问存在干摩擦情况下对鼓形齿联轴器进行了力学分析,用数值的方法对齿轮附加力、附加力矩进行计算.为验证论结果,对鼓形齿附加力矩进行了测试,与计算结果进行了比较.

1齿轮联轴器力学模型

    齿式联轴器内外齿轮啮合的特点是多齿啮合,在内外齿轮发生相对位移时可能部分齿发生脱齿现象.力学模型建模方法和假设如下:把轮齿沿齿轮的轴向进行离散化,将其分割成M分割单元,每一分割单元的宽度为b;,其中b=BlM, B是齿的宽度,为了简化计算作如下假设:

    (1假设外齿第j个分割单元在与内齿接触变形时,其变形量等效到分度圆轮廓的法向.

    (2)把每一个分割单元啮合齿对看作是相互独立互不影响的弹簧,其啮合刚度取平均值k,忽略材料的连续性.

    (3)齿的误差、变形以及原始问隙都等效到分度圆上处理.由上面简化可以每齿对简化的力学模型.

3. 1测试系统简介

    为了验证理论解析结果,设计了试验装置,取两个双联鼓形齿轮联轴器,齿轮联轴器的内齿圈固定在车床的三爪卡盘上,双联齿轮外齿的一端插入内齿圈与内齿啮合,而另一

端支承在支点A上,在A端有两套加力杠杆系统,一套是用来给齿轮联轴器施加扭矩,另一套是用来给齿轮联轴器施加x万向的弯矩,三个电涡流位移传感器装在如图所示的位置上,测量垂直和水平方向的位移.

3. 3理论及测试结果

鼓形齿联轴器计算和试验结果.横坐标为内外齿轮相对转角位移甲.纵坐标为绕x轴的力矩r.从力矩图中可以看出试验曲线具有较好的重复性,理论分析和试验曲线基本吻合,其误差主要来源:齿轮本身制造误差、周节误差、齿形误差等;实验过程中摩擦系数测定有的误差;理论计算过程中忽略齿轮误差因素;人为和环境因素,例如外界温度、振动等.实验和理论曲线都具有明显的迟滞特性,这是齿面摩擦所引起的;同时随着传递扭矩的增加,迟滞曲线所围的面积也随之增大,摩擦力的影响也越显著.同样由于内外齿轮相对转角的增加,迟滞曲线所围的面积也增大,因此为了提高转了系统的转速、齿轮不磨损,应从降低传动载荷和提高齿轮的润滑条件方面及齿轮联轴器安装对中性考虑.另外随传递扭矩的增加,曲线的斜率增加(即刚度有所增加),这与一般的刚性联轴器不同,系统的刚度随载荷而变化,使轴系的固有频率发生变化.

    当齿式联轴器的内外齿轮发生相对位移时,每一对齿所分担的载荷将变得不均匀,其载荷分布不均匀程度随着内外齿轮相对位移的增加而增大,当相对转角增大到程度时载荷主要集中在几对齿上。

    结论

(1干摩擦力的存在使齿式联轴器附加力和力矩发生改变,其附加力和力矩具有明显的迟滞现象,其返滞曲线所围得的面积随传递扭矩和相对位移的增加而增大.为提高转子系统的转速、联轴器齿轮不磨损,应从降低传动载荷和提高齿轮联轴器安装对中性及齿轮的润滑条件方面考虑.

(2)由于摩擦力的存在以及联轴器的刚度随载荷和相对位移的改变而改变(有脱齿现象),因此齿轮联轴器连接轴系振动问题是一个强非线性问题.

(3)齿式联轴器附加力建模分析是齿轮联轴器轴系自激振动的基础.


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