花鍵聯(lián)軸器對轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)穩(wěn)定性影響

推導(dǎo)了松配合矩形花鍵聯(lián)軸器考慮脫開臨界狀況的嚙合力模型，基于有限元法建立了考慮圓柱瓦滑動軸承非線性油膜力和花鍵聯(lián)軸器嚙合力作用的轉(zhuǎn)子一聯(lián)軸器一軸承系統(tǒng)動力學(xué)模型，并用數(shù)值積分研究了聯(lián)軸器嚙合力對轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。花鍵聯(lián)軸器的橫向剛度對其連接的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)發(fā)生油膜振蕩的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速影響較小，而轉(zhuǎn)角剛度影響較大；對于松配合花鍵聯(lián)軸器，如果不考慮其轉(zhuǎn)角剛度，用線性化的嚙合剛度模化聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速要高于用力模化的系統(tǒng)的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速；因此，工程用線性剛度代替嚙合力模化聯(lián)軸器將掩蓋系統(tǒng)真實的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速，這種簡化對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運行來說是。研究結(jié)果為獲得轉(zhuǎn)子一花鍵聯(lián)軸器一軸承系統(tǒng)真實的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速提供理論依據(jù)，研究思路對其他類型聯(lián)軸器動力學(xué)建模具有借鑒意義。

大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機械由驅(qū)動部件和被驅(qū)動部件組成，中間通過聯(lián)軸器來傳遞扭矩。聯(lián)軸器的種類很多，花鍵聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，同時可以補償扭矩傳遞誤差。因此常用于動力推進裝置如火箭發(fā)動機氧化劑泵和還原劑泵的連接、航空發(fā)動機、大型船舶的主減速裝置級間連接中。花鍵聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常支承在滑動軸承之上，聯(lián)軸器嚙合力和軸承非線性油膜力對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性都具有重要的影響。一方面，花鍵聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高、傳遞扭矩大，負載變化頻繁以及聯(lián)軸器的加工安裝誤差等，導(dǎo)致聯(lián)軸器的運行狀況復(fù)雜，花鍵聯(lián)軸器的很小的不對中亦易導(dǎo)致花鍵端部的磨損，為花鍵聯(lián)軸器的重復(fù)利用帶來潛在的危害。利用線性剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)對松配合花鍵聯(lián)軸器及其連接的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)進行全 面數(shù)值計算和試驗研究。另一方面，滑動軸承的非線性油膜力是典型的強非線性項，其固有的油膜渦動和油膜振蕩特性對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性影響很大。綜合起來，主要有3種方法。 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)整體能量方法獲得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運動微分方程：研究了聯(lián)軸器不對中對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)傾角不對中或者聯(lián)軸器剛度變加會提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分析不對中非恒速聯(lián)軸器超臨界動力傳動系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。該方法不適于分析自由度較多的大型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。 二基于等效軸段法，把聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)看成是一個多跨軸盤系統(tǒng)，將其中的聯(lián)軸器用等效的軸段來模化，這用來描述凸緣聯(lián)軸器是合理的，但對撓性聯(lián)軸器如松配合花鍵、齒式聯(lián)軸器來說，給系統(tǒng)變加了約束，掩蓋了由于聯(lián)軸器的內(nèi)摩擦而誘發(fā)的軸系穩(wěn)定性問題。三是基于聯(lián)軸器的變形幾何關(guān)系和受力分析，推導(dǎo)出聯(lián)軸器激振力，或?qū)⒃摷ふ窳€性化，獲得該聯(lián)軸器“子系統(tǒng)”的剛度和阻尼，進而對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行研究；李明、虞烈等運用該方法研究了聯(lián)軸器耦合的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性，結(jié)果表明齒輪聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)角剛度對系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響，但橫向剛度影響不大。綜上所述，由于聯(lián)軸器耦合系統(tǒng)參數(shù)的多變性以及非線性問題的復(fù)雜性，還需要對大型轉(zhuǎn)子一聯(lián)軸器一軸承系統(tǒng)穩(wěn)定性開展的研究工作引。本文結(jié)合輪齒綜合彈性變形的分析方法，推導(dǎo)了松配合矩形花鍵聯(lián)軸器由于動態(tài)振動位移引起的聯(lián)軸器嚙合力模型。基于有限元法建立了考慮軸承非線性油膜力和花鍵聯(lián)軸器嚙合力作用的轉(zhuǎn)子一聯(lián)軸器一軸承系統(tǒng)動力學(xué)模型