1.引言

      德國(guó)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(lái)獲得所需要的剛度和阻尼，來(lái)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(jiǎn)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(jiǎn)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(wú)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(lái)達(dá)到來(lái)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(chǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)諧共振轉(zhuǎn)速： 由于柴油機(jī)為6缸四沖程柴油機(jī)，主簡(jiǎn)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(lái)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(chǎng)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(lái)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

  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

*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)：

1.      李和言等，彈性聯(lián)軸器對(duì)柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不均勻性衰減研究，《機(jī)械設(shè)計(jì)》2002.9。

2.      劉靜宇，高彈聯(lián)軸器在柴油機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的運(yùn)用，《水利電力機(jī)械》2002.8。

3.      王祺，柴油機(jī)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，國(guó)防工業(yè)出版社，1988。

4.      Torsional vibration calculation No.14087, CENDA ANTRIEBE Kirschey GmbH,2005.8