花键联轴器对转子轴承系统稳定性影响研究

花键联轴器对转子轴承系统稳定性影响

推导了松配合矩形花键联轴器考虑脱开临界状况的啮合力模型，基于有限元法建立了考虑圆柱瓦滑动轴承非线性油膜力和花键联轴器啮合力作用的转子一联轴器一轴承系统动力学模型，并用数值积分研究了联轴器啮合力对转子一轴承系统稳定性的影响规律。花键联轴器的横向刚度对其连接的转子一轴承系统发生油膜振荡的失稳转速影响较小，而转角刚度影响较大；对于松配合花键联轴器，如果不考虑其转角刚度，用线性化的啮合刚度模化联轴器的转子一轴承系统的失稳转速要高于用力模化的系统的失稳转速；因此，工程用线性刚度代替啮合力模化联轴器将掩盖系统真实的失稳转速，这种简化对转子系统运行来说是。研究结果为获得转子一花键联轴器一轴承系统真实的失稳转速提供理论依据，研究思路对其他类型联轴器动力学建模具有借鉴意义。

大多数旋转机械由驱动部件和被驱动部件组成，中间通过联轴器来传递扭矩。联轴器的种类很多，花键联轴器结构简单，同时可以补偿扭矩传递误差。因此常用于动力推进装置如火箭发动机氧化剂泵和还原剂泵的连接、航空发动机、大型船舶的主减速装置级间连接中。花键联轴器连接的转子系统常支承在滑动轴承之上，联轴器啮合力和轴承非线性油膜力对转子系统的稳定性都具有重要的影响。一方面，花键联轴器连接的转子转速高、传递扭矩大，负载变化频繁以及联轴器的加工安装误差等，导致联轴器的运行状况复杂，花键联轴器的很小的不对中亦易导致花键端部的磨损，为花键联轴器的重复利用带来潜在的危害。利用线性刚度系数和阻尼系数对松配合花键联轴器及其连接的转子一轴承系统进行全 面数值计算和试验研究。另一方面，滑动轴承的非线性油膜力是典型的强非线性项，其固有的油膜涡动和油膜振荡特性对转子系统稳定性影响很大。综合起来，主要有3种方法。 转子系统整体能量方法获得转子系统的运动微分方程：研究了联轴器不对中对系统稳定性影响，结果发现倾角不对中或者联轴器刚度变加会提高系统的稳定性。分析不对中非恒速联轴器超临界动力传动系统稳定性问题。该方法不适于分析自由度较多的大型转子系统。 二基于等效轴段法，把联轴器连接的转子系统看成是一个多跨轴盘系统，将其中的联轴器用等效的轴段来模化，这用来描述凸缘联轴器是合理的，但对挠性联轴器如松配合花键、齿式联轴器来说，给系统变加了约束，掩盖了由于联轴器的内摩擦而诱发的轴系稳定性问题。三是基于联轴器的变形几何关系和受力分析，推导出联轴器激振力，或将该激振力线性化，获得该联轴器“子系统”的刚度和阻尼，进而对转子系统进行研究；李明、虞烈等运用该方法研究了联轴器耦合的转子一轴承系统的稳定性，结果表明齿轮联轴器的转角刚度对系统的临界转速和稳定性产生较大的影响，但横向刚度影响不大。综上所述，由于联轴器耦合系统参数的多变性以及非线性问题的复杂性，还需要对大型转子一联轴器一轴承系统稳定性开展的研究工作引。本文结合轮齿综合弹性变形的分析方法，推导了松配合矩形花键联轴器由于动态振动位移引起的联轴器啮合力模型。基于有限元法建立了考虑轴承非线性油膜力和花键联轴器啮合力作用的转子一联轴器一轴承系统动力学模型