1.引言
德國先達(dá)傳動(dòng)吉爾希有限公司是世界上生產(chǎn)聯(lián)軸器的著名公司，所生產(chǎn)的G系列高彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)（圖1）主要有外殼1，帶齒的橡膠圈2和帶鍵槽的鎖緊軸套3組成，三個(gè)零件是可拆裝的，安裝使用非常方便，內(nèi)部的橡膠圈2作為彈性元件可以補(bǔ)償兩軸之間的位移誤差，還可以通過選用不同硬度和尺寸的橡膠圈來獲得所需要的剛度和阻尼，來達(dá)到既能緩沖減震又能有效傳遞載荷的目的，外殼、橡膠圈、鎖緊軸套三個(gè)零件件為可拆分形式，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，安裝方便。
G系列聯(lián)軸器具有如下特點(diǎn):
＊橡膠圈采用天然橡膠，彈性高，具有非常好的減振吸振的能力。
＊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，故障率低。
＊高彈性的橡膠圈與外殼結(jié)合緊密達(dá)到無間隙配合。
＊外殼采用高強(qiáng)度鋁合金，并經(jīng)嚴(yán)格的平衡試驗(yàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常小。
＊軸套的鎖緊裝置，采用鉸制孔螺栓和鉸制孔聯(lián)接結(jié)構(gòu)，安裝孔是配作的，被驅(qū)動(dòng)軸裝配后配合間隙很小，改善鍵聯(lián)接部位的受力狀況得到明顯的改善，傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性得到了提高。
某公司的柴油發(fā)電機(jī)組，采用G系列聯(lián)軸器將柴油機(jī)的飛輪殼直接與發(fā)電機(jī)定子外殼法蘭聯(lián)接在一起，來達(dá)到來補(bǔ)償綜合位移和調(diào)整軸系的自振頻率、緩沖扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。G系列的高彈性聯(lián)軸器外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，非常適合這類安裝場合。
2.選用計(jì)算
柴油機(jī)為四沖程，直列6缸柴油機(jī)主要參數(shù)如下：
額定功率： 209kW
額定轉(zhuǎn)速： 1500rpm
怠速轉(zhuǎn)速： 750rpm
環(huán)境溫度： 18℃~50℃
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：曲軸、減振器及活塞連桿組 0.724kgm2
飛輪 1.9 kgm2
發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 2.96 kgm2
2.1初選
額定轉(zhuǎn)矩
計(jì)算轉(zhuǎn)矩
Kt為溫度系數(shù)，取1.1；經(jīng)計(jì)算需要選用額定扭矩Tkn大于1463Nm的聯(lián)軸器。另外由于柴油機(jī)先天性的缺陷——扭矩是脈動(dòng)的，在某些情況下，柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)峰值，甚至是其平均的5～6倍，或者更多[1]。因此最大扭矩還有如下要求：  在上式的計(jì)算中考慮到該柴油機(jī)為六缸直列柴油機(jī)，其發(fā)火間隔均為120°，一次、二次慣性力及慣性力偶，能實(shí)現(xiàn)完美的內(nèi)部平衡。驅(qū)動(dòng)負(fù)載為發(fā)電機(jī)，工作載荷也較為均勻，筆者選用較小的值進(jìn)行估算，還考慮到高彈聯(lián)軸器允許瞬態(tài)過載20％。根據(jù)Tk和Tmax的計(jì)算所得值，初步選定CM-G-1800-70-14型聯(lián)軸器用于本機(jī)組，其主要參數(shù)如下：額定扭矩：Tkn=2500 Nm 最大扭矩：Tkmax＝6300 Nm 連續(xù)振動(dòng)扭矩：Tkw=1000 Nm 容許功率損失：Pkv=250W 動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度：Ctdy＝17500 Nm/rad（計(jì)算中用13300 Nm/rad）相對(duì)阻尼：ψ＝1.15 主動(dòng)端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J1=0.1512 kgm2 驅(qū)動(dòng)端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J2=0.061 kgm2
圖2 軸系雙質(zhì)量系統(tǒng)簡化示意圖對(duì)選用了具有動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度Cd和相對(duì)阻尼的CM-G-1800-70-14型聯(lián)軸器聯(lián)接的柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組簡化成雙質(zhì)量系統(tǒng)，如圖2所示。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效計(jì)算：  
2.2軸系單結(jié)共振頻率計(jì)算及減振效果評(píng)價(jià)軸系單結(jié)共振頻率：  軸系單結(jié)主簡諧共振轉(zhuǎn)速：  由于柴油機(jī)為6缸四沖程柴油機(jī)，主簡諧次數(shù)為：  主諧次的共振轉(zhuǎn)速： 由于柴油機(jī)先天性的缺陷——扭矩是脈動(dòng)的，危險(xiǎn)的扭振共振必須避免，根據(jù)彈性聯(lián)軸器的隔振原理，在選用聯(lián)軸器時(shí)，必須使軸系振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率滿足：  上式計(jì)算表明CM-G-1800-70-14型聯(lián)軸器，能保證機(jī)組在正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不出現(xiàn)共振轉(zhuǎn)速，并可以降低變動(dòng)扭矩振幅。
2.3扭振計(jì)算高彈聯(lián)軸器靠彈性元件的彈性變形來補(bǔ)償兩軸軸線的相對(duì)位移改善軸和支承的工作條件，降低聯(lián)軸器所經(jīng)受的瞬時(shí)過載，并有改變軸系剛度消減扭振等特性。對(duì)于柴油機(jī)這種有固定周期性脈沖扭矩的應(yīng)用場合，在初步選型后，應(yīng)通過扭振計(jì)算校核最大扭矩Tmax。柴油機(jī)氣缸內(nèi)氣體壓力變化而產(chǎn)生的激振力矩是引起軸系扭振的主要因素，它隨不同機(jī)型和不同的運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化，同時(shí)柴油機(jī)各氣缸由于調(diào)節(jié)的噴油規(guī)律不可能絕對(duì)相同，即使在同一工況下也會(huì)有較大的差別，造成作用于軸系上激振力矩難以精確的確定，再加上柴油機(jī)本身參數(shù)如軸系的阻尼等也很難取得，尤其計(jì)算中涉及的因素廣泛，以致于難以由筆者進(jìn)行較精確的計(jì)算。為此，通常采用從實(shí)踐中得到的經(jīng)驗(yàn)公式，這種計(jì)算一般都是由聯(lián)軸器生產(chǎn)供應(yīng)商來完成，他們應(yīng)用一些相類似柴油機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)或修正的相關(guān)系數(shù)和公式進(jìn)行激振力矩的計(jì)算，并基于他們積累的大量經(jīng)驗(yàn)，可以得到較高的精確度。通過共振點(diǎn)時(shí)最大扭矩的校核計(jì)算結(jié)果如表1所示。
表1 主諧次最大扭矩校核結(jié)果
|
諧次 |
轉(zhuǎn)速(rpm) |
Tmax
(Nm) |
Tkmax
(Nm) |
負(fù)荷率 |
|
3 |
305 |
2720 |
6300 |
43.17％ |
|
6 |
153 |
583 |
6300 |
9.25％ |
|
9 |
102 |
167 |
6300 |
2.64％ |
對(duì)主諧次引起的共振工況計(jì)算表明，主諧次的臨界轉(zhuǎn)速低于發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速，避免了產(chǎn)生危險(xiǎn)的主諧振，最大激振力矩也未超出聯(lián)軸器的承受能力。然而軸系的副諧次臨界轉(zhuǎn)速（1831rpm，916 rpm，610 rpm）仍在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波及范圍內(nèi)，各缸激振的差異有可能超出聯(lián)軸器的承受能力，為此還通常計(jì)算一缸不發(fā)火的情況，以確保安全。另外由于彈性元件的阻尼效果，會(huì)生成大量的熱量，在橡膠減振元件中如果不能正常散逸，溫度過高，就會(huì)影響聯(lián)軸器的壽命，因此還需要校核發(fā)熱功率。
表2發(fā)熱功校核結(jié)果
|
轉(zhuǎn)速
(rpm) |
工況 |
Tw
(Nm) |
Tkw
(Nm) |
Pv
(W) |
Pkv*
(W) |
|
750 |
正常 |
84.2 |
1000 |
8.39 |
155 |
|
800 |
正常 |
226.3 |
1000 |
64.54 |
155 |
|
900 |
正常 |
172.7 |
1000 |
42.27 |
155 |
|
1000 |
正常 |
136.5 |
1000 |
29.36 |
155 |
|
1200 |
正常 |
91.9 |
1000 |
15.98 |
155 |
|
1400 |
正常 |
66.3 |
1000 |
9.71 |
155 |
|
1500 |
正常 |
57.4 |
1000 |
7.79 |
155 |
|
1500 |
一缸
不發(fā)火 |
541.87 |
1000 |
139.44 |
155 |
*溫度系數(shù)為0.62。通過上述扭振計(jì)算表明，選用的CM-G-1800-70-14聯(lián)軸器能保證機(jī)組的正常運(yùn)用。
3.彈性聯(lián)軸器的安裝由于G彈性聯(lián)軸器主動(dòng)和從動(dòng)部件可以分開單獨(dú)組裝，而且兩部分的聯(lián)接方式為內(nèi)外插入式結(jié)構(gòu)，兩者之間不設(shè)緊固件。鎖緊套采用獨(dú)特的剖分式半螺紋孔結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，與常見聯(lián)軸器的裝配過程也有所不同。
3.1清理所有結(jié)合面的飛邊、毛刺和污物。
3.2將中間橡膠轂與鎖緊軸套上的半孔分別對(duì)齊，各孔位置為非對(duì)稱布置，只有一個(gè)位置能保證所有的半孔都相吻合。如圖3-a所示。
3.3將安裝螺釘裝入轂上的裝配用孔中，雖然每個(gè)孔中只有橡膠轂的半孔有螺紋，另外半孔為與該螺紋對(duì)應(yīng)的光孔，當(dāng)螺釘旋入時(shí)，通過錐度配合面，將兩者拉緊組成一體。暫不要將螺釘擰緊，如圖3-b所示。
3.4把上面裝好橡膠轂的鎖緊軸套裝入發(fā)電機(jī)的軸頭上，并放入聯(lián)接鍵，調(diào)節(jié)鎖緊軸套在軸上的位置，保證Cx尺寸符合設(shè)計(jì)要求。如圖3-c所示，
3.5將三個(gè)安裝螺釘緊固好，扭緊力矩115Nm。
圖3 鎖緊套組裝示意圖 3.6將該聯(lián)軸器的法蘭盤裝在柴油機(jī)的飛輪上。
3.7最后吊起發(fā)電機(jī)緩緩靠近柴油機(jī)，將橡膠轂插入法蘭盤中，并將發(fā)電機(jī)外殼聯(lián)接盤裝入柴油機(jī)的飛輪殼中，按要求緊固飛輪殼的螺栓，從而完成柴油機(jī)發(fā)電機(jī)的組裝。
4.結(jié)論
G系列聯(lián)軸器是一種扭轉(zhuǎn)剪切性高彈聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)合理、尺寸小、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、減振效果好，非常適用于柴油發(fā)電機(jī)組。通過對(duì)選定G型聯(lián)軸器與機(jī)組的扭振計(jì)算表明，該型聯(lián)軸器滿足柴油發(fā)電機(jī)組在正常使用狀態(tài)下的運(yùn)用要求。
參考文獻(xiàn)：
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