萬向聯軸器中間軸振動分析
萬向聯軸器中間軸振動分析
十字環槽式雙萬向聯軸器是十字軸式雙萬向聯軸器變化發展而來的一種聯軸器形式,屬于不等角速萬向聯軸器,具有結構緊湊、主從動間許用偏轉角大、裝拆維護方便、傳扭能力強等特點。其工作原理與十字軸式雙萬向聯軸器基本相同,不同之處在于用兩個具有兩條互相垂直環槽的球體和一個中間軸充當中間聯接件,中間軸兩端和輸入軸、輸出軸各有一軸叉。傳動時輸入端的輸入軸和中間軸的兩個軸叉分別嵌入一個中間球體的兩條環槽中,輸出端的中間軸和輸出軸的兩個軸叉分別嵌入另一個中間球體的兩條環槽中,各形成了兩個轉動副。由于中間軸的叉面直接受力,其應力較大,所以叉頭的網格密度要比其他地方的實體更細密。對單個萬向聯軸器來說,由于輸入軸轉速一定時,輸出軸的轉速是波動的,即使將聯軸器成對使用,中間軸的轉速也是波動的,這樣就會引起中間軸的附加動載荷,從而使中間軸產生振動。中間軸的固有振動頻率比較高,工作頻率遠低于中間軸的計算固有頻率,從一階開始,固有頻率已遠遠超過了實際工作頻率。因此中間軸旋轉過程中不會發生共振。
當中間軸以臨界轉速旋轉時,軸的撓度將達到較大值,到達臨界狀態,中間軸將會出現強烈的振動,會導致聯軸器不能正常工作,甚至破壞中間軸,發生斷裂。由聯軸器中間軸兩端球體與中間軸的安裝關系,可以將其簡化為簡支梁,除兩端叉頭外,中間部分為一等截面軸。對于等截面簡支梁,其橫向振動的固有頻率與軸旋轉狀態下的臨界轉速值是相同的。
對單萬向連軸器,當軸間夾角存在時,盡管主動軸勻速回轉,從動軸角速度和角加速度都是變化的,且隨著輸入轉角作周期性變化。雙萬向聯軸器的輸出軸轉速雖然是勻速的,但是,其中間軸卻依然是作變速運動的,同樣有大小跟單萬向連軸器的從動軸一樣的角加速度,也就是說,當輸入角速度及軸間夾角比較大時,必然會使角加速度過大,也會產生一定的慣性力。中間軸所受到的轉矩隨轉角的大小變化,也就是隨時間的大小變化。采用模態疊加法進行計算,須要將變化的轉矩轉換成節點力。環槽式聯軸器的叉頭的剪應力在徑向上近似呈線性分布,沿叉面中徑圓弧方向的力呈內小外大且周期性變化分布,簡化的力學模型與余弦規律較吻合且計算簡便,這個力再均勻分布在相應這一列的各節點上。這樣對于每一個載荷步,都需要分別進行多列不同載荷的加載,,上邊的曲線為叉面的法向位移、下邊的曲線為軸向位移的位移時間歷程變化。
