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JS型蛇形簧型联轴器是一种常见的机械传动装置,主要用于连接两轴以传递扭矩和运动。它由两个半联轴器和一个蛇形弹簧组成,具有缓冲、减振和补偿轴向、径向、角向偏差的功能。
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【一】、蛇形簧型联轴器的概述
由于蛇形簧型联轴器具有的弹性元件,弹性元件能够产生较大弹性变形和阻尼作用,因此蛇形簧型联轴器除了能补偿两轴的相对位移外,还能引起缓冲和吸振的作用。
机械传动过程中,传动轴系传递的载荷常常会发生变化,引起载荷的变化原因不一,如电机转速不稳定、工作机的载荷不稳定和轴系中由于转动部件不平衡产生的离心力引起的动载荷都可能引起载荷的变化。载荷的变化很多时候体现为周期载荷、冲击载荷和无规律变化的载荷,而蛇形簧型联轴器能够适应载荷的波动,具有缓冲和减振的能力,主要与蛇形簧型联轴器的刚度和阻尼有关。
蛇形簧型联轴器的刚度包括径向刚度、轴向刚度和扭转刚度。而在实际工程中,载荷变化常常是因为扭矩波动引起扭转振动的,所以蛇形簧型联轴器影响较主要的刚度是扭转刚度。一般情况下,在轴系传动中,系统的其他零部件的刚度都会比蛇形簧型联轴器的刚度大很多,因此,在简化的情况下,假设其他零部件的弹性为零,仅考虑蛇形簧型联轴器的弹性。用蛇形簧型联轴器的扭转刚度作为传动轴系的扭转刚度。
常用的蛇形簧型联轴器的扭转刚度K为定值,称为等刚度蛇形簧型联轴器,其相对转角和转矩成线性比例关系。当K不为定值时,称为变刚度蛇形簧型联轴器,变刚度蛇形簧型联轴器的刚度随扭矩增大而增加。变刚度蛇形簧型联轴器主要适用于有强烈振动的传动轴系中,当轴系接近发生共振时,刚度随扭矩增大而增大,通过改变传动轴系的固有频率与振动频率之间的关系来避免共振。
虽然蛇形簧型联轴器一般都具有缓冲和吸振功能,但具有某一定值刚度的蛇形簧型联轴器,并不是在任意的变扭矩作用下都能产生减振的效果,有时反而会引起加强烈的振动。因此,只有蛇形簧型联轴器的刚度与整个传动轴系的其他参数和载荷协调时,才能产生减振的效果。对于某一己定的传动轴系,转动惯量和固有频率能够得到,如果己知所传扭矩的变化规律,如振幅和频率等,就能建立其轴系在扭转振动的微分方程,对该方程求解,即可得到所需蛇形簧型联轴器刚度。为了便于求解运动微分方程,需要对传动轴系中蛇形簧型联轴器的主动和从动两侧的转动惯量和刚度力学模型进行简化。通常比较典型的是简化为两个等效的圆盘,配置在蛇形簧型联轴器的两侧。
蛇形簧型联轴器在工作中,周期载荷是机械传动中一种比较典型的载荷形式。为了避免发生共振,周期载荷的变化频率与传动轴系的固有频率要错开。方法是改变周期载荷的变化频率或者改变轴系的变化频率。因为载荷的变化频率与主轴的转速有关,而转速是机械性能参数,一般不能随意改变。所以一般是通过改变轴系的固有频率来达到不发生共振的目的,而改变轴系的固有频率一般是改变轴系的转动惯量或刚度,转动惯量与机械结构有关,通过改变转动惯量很难实现,而轴系的刚度很容易改变。所以改变蛇形簧型联轴器就是为了改变轴系的刚度来实现避开共振的目的。
【二】、圆弧端齿蛇形弹簧联轴器结构特点分析
在大功率机车驱动系统中,由于大的驱动力矩和结构空间的限制,常采用弹性端齿连接的蛇形弹簧联轴器。
蛇形弹簧联轴器的端齿齿形分布通常采用三种方式:十字型端齿,径向直齿端齿,圆弧端齿,三种方式的齿形断面均为梯形。
相对于其它几种齿形端面,圆弧端齿主要具有以下优点:高刚性,当凹齿与凸齿啮合在一起时,轮齿间接触面是相当均匀连续,而且齿盘有多少对轮齿便有多少对齿接触面,接触面积大,因此齿盘就能承受较高的载荷而且具有很高的刚性。
自动对心,由于端面弧齿盘的轮齿齿形由外向内沿其弧度均匀缩小,且轮齿以端齿盘的中心轴对称。在各齿向心力的作用下,两端齿盘实现自动对心。
此外,圆弧端齿蛇形弹簧联轴器较前两种齿形具有结构紧凑、啮合精度高、传递力矩大,并便于设计、制造、安装等一系列优点。
采用圆弧r端齿蛇形弹簧联轴器的两个半轴体采用等离子焊接成一体,蛇形弹簧联轴器的端齿盘采用圆弧端齿盘,蛇形弹簧联轴器端齿盘(端齿盘1)和齿轮轴端齿盘(端齿盘2)的齿形曲率半径相等,且各齿沿圆周均匀分部,均布精度高,这样端齿盘1和端齿盘2就可以紧密的配合。端齿盘1和端齿盘2通常要求能互相着色的齿数要达到90%,着色面积占工作面积的75,以保证各个齿在传递扭矩时,可以均匀受力。
圆弧端齿蛇形弹簧联轴器较早应用于飞机发动机,其高速、大功率的优点在飞机发动机的应用过程中很好的体现出来。相对于铁路行业,飞机发动机中的圆弧端齿蛇形弹簧联轴器转速高、功率大,因此其运行工况加恶劣。由此可以看出,圆弧端齿蛇形弹簧联轴器能够很好的满足高速、重载、大功率的运行要求,能够满足当前铁路运输中机车驱动系统对蛇形弹簧联轴器的性能要求。
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