簡(jiǎn)介高彈性聯(lián)軸器在船舶動(dòng)力裝置中的使用

1、簡(jiǎn)介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動(dòng)力裝翌中的使用I簡(jiǎn)介高彈性聯(lián)軸器在船舶動(dòng)力裝置中的使用張蕓(無(wú)錫伏爾康科技有限公司上海辦事處上海200120)商彈性朕軸器:動(dòng)力裝直】隨看造船技術(shù)的發(fā)展.人們對(duì)動(dòng)力裝直系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和舒適性的要求越來(lái)越高趣來(lái)越多的船舶在動(dòng)力裝直中選用高彈性朕軸器來(lái)解決軸系的振動(dòng)與噪聲問(wèn)題。文章就這方面的問(wèn)進(jìn)行一些討論.供 大家參考。JU664.2|A | 1 (X) 1 -9835 (2(X)6) 01 -0934-05H運(yùn)h elastk: couplhg for ship power plantZhang YunKeywords high elastic coupling

2、； power plantAbstract W ith continuous development of ship build iiig technology, there appears high and higher demands on the safety, reliability and com torl ability of shp pow er plant, and more and more ships have been e- quipped w ith high elastic coup ling lo solve the problem of vibratbn and

3、noise The article provide a cfose discussbn for reader's reference#1994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct簡(jiǎn)介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動(dòng)力裝翌中的使用#1994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct簡(jiǎn)介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動(dòng)力裝翌中的使用11

4、張2OO5- 10- 121969. 9-).女.淅江人.工程師從事船舶設(shè)備i殳計(jì)工作。隨著造船技術(shù)的發(fā)展.人們對(duì)動(dòng)力裝置系統(tǒng)運(yùn) 行的安全性、可靠性和舒適性的要求越來(lái)越高越來(lái) 越多的船舶在動(dòng)力裝置中選用高彈性聯(lián)軸器來(lái)解決 軸系的振動(dòng)與噪聲問(wèn)題。高彈性聯(lián)軸器的主要彈性元件是扭轉(zhuǎn)承載的橡 膠組件.橡膠組件可設(shè)計(jì)成單排或多排.各橡膠組件 又有多種標(biāo)準(zhǔn)剛度可供選擇，可極大范圍地滿(mǎn)足扭 振計(jì)算所確定的剛度要求C有的高彈性聯(lián)軸器中還 有軸向承載的膜片組件膜片組件采用24片0 64 1 mm厚度的彈簧鋼材料，因而具有極大的軸 向承載和軸向位移補(bǔ)償能力。在船舶動(dòng)力系統(tǒng)中使用高彈性聯(lián)軸器的主要目 的是傳遞功率和

5、扭矩，補(bǔ)償徑向軸向和角向?qū)χ姓` 差補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)動(dòng)量的振蕩調(diào)整系統(tǒng)自振頻率o高彈 性聯(lián)軸器具有重量輕，安裝方便.各向位移補(bǔ)償量 大阻尼大吸振能力及調(diào)頻能力強(qiáng)等特點(diǎn),能較好 地保護(hù)主機(jī)、齒輪箱和軸系。但是目前在使用了高彈性聯(lián)軸器的船舶主推 進(jìn)裝置中會(huì)發(fā)生一些這樣或那樣的事故c很多事故 的主要原因就是沒(méi)有充分把握如何正確地在船舶動(dòng) 力裝置中用好高彈性聯(lián)軸器。為此，本文在此就這方面的問(wèn)題做一些討論供 大家參考。2高彈性聯(lián)軸器是根據(jù)計(jì)算扭矩及工作轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn) 行初步選定聯(lián)軸器的型號(hào)。計(jì)算扭矩按下列公式計(jì)算：T = K 9 55 n式中 T計(jì)算扭矩kNm；K 工作情況系數(shù).一般情況1. 25L 50;P額定功率k

6、W;n工作轉(zhuǎn)速.r/m inc各個(gè)高彈性聯(lián)軸器的制造商對(duì)上述工作情況系 數(shù)K的選用可能會(huì)有所不同.在不同的應(yīng)用場(chǎng)合一 般也會(huì)選用不同的工作情況系數(shù)。3高彈性聯(lián)軸器的主要基本性能參數(shù)如下：額定扭矩0kN ni最大扭矩i T kN m最大扭矩2Tbnat2kN m許用變動(dòng)扭矩kN m許用軸向位移怎mm許用徑向位移匕nun軸向反作用力Fu,kN許用轉(zhuǎn)速mr/fn in動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度Cm”kN m/rad相對(duì)阻尼屮額定扭矩（Tm ）是聯(lián)軸器在發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定 工況（連續(xù)運(yùn)行或間斷運(yùn)行）時(shí)能持續(xù)傳遞的最大 平均扭矩。最大扭矩|（7.1）是聯(lián)軸器在系統(tǒng)正常的 過(guò)渡工況（例如:起動(dòng)載荷、沖擊栽荷、短暫地通過(guò)臨 界

7、點(diǎn)）下，所允許傳遞的最大扭矩值最大扭矩發(fā)生 的時(shí)間很短。最大扭矩:是聯(lián)軸器在系統(tǒng)非正常 的過(guò)渡工況下所允許傳遞的最大扭矩值。許用變動(dòng)扭矩（7* ）是聯(lián)軸器在受到的基 本載荷達(dá)到額定扭矩 J時(shí)聯(lián)軸器所允許的由于 周期性扭矩變動(dòng)而產(chǎn)生持續(xù)的扭矩振幅值。許用軸向位移（也）是聯(lián)軸器允許主動(dòng)端 與從動(dòng)端之間在軸線(xiàn)方向相對(duì)于中間平衡位置的位 移偏移量，許用徑向位移（燈）是聯(lián)軸器允許主動(dòng)端 到從動(dòng)端對(duì)軸線(xiàn)垂直方向穩(wěn)定不變的、緩慢變化的 或周期性變化的位移偏移量°軸向反作用力（尸丿是當(dāng)聯(lián)軸器的兩端存 在軸向位移偏差時(shí)聯(lián)軸器的主動(dòng)端和從動(dòng)端在軸 向產(chǎn)生的反作用力。許用轉(zhuǎn)速（皿心）是聯(lián)軸器允許的最大轉(zhuǎn)

8、速。動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度（C如）是聯(lián)軸器在一個(gè)振動(dòng) 周期內(nèi)彈性扭矩與扭矩角的振幅之比。相對(duì)阻尼（0 是聯(lián)軸器在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi) 轉(zhuǎn)換成熱量的阻尼功與彈性變形功之比。上述這些參數(shù)之間均存在著一定的內(nèi)存聯(lián)系和 嚴(yán)格的制約關(guān)系它們均由橡膠的基本性能（硬度、 彈性和阻尼等）和結(jié)構(gòu)特性所決定c所有技術(shù)性能參 數(shù)均通過(guò)各種試驗(yàn)得出如靜態(tài)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)動(dòng)態(tài)特性 試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。4目前在船舶動(dòng)力裝置中得到廣泛應(yīng)用的高彈聯(lián) 軸器主要有以下幾種。4 1 RATDRATO型高彈性聯(lián)軸器是8（）年代德國(guó)伏爾康 公司推出的性能較全面的高彈性橡膠聯(lián)軸器。該高 彈性聯(lián)軸器已廣泛應(yīng)用于船舶主推進(jìn)根據(jù)二十多 年的使用經(jīng)驗(yàn)證明該聯(lián)軸

9、器應(yīng)用于船舶主推進(jìn)性 能非常可靠c伏爾康公司的RATO型高彈性聯(lián)軸器 一般有兩種型式。4 L 1 R A TO -S 型RATO-S型高彈性聯(lián)軸器是一種扭轉(zhuǎn)彈性橡 膠聯(lián)軸器它能夠補(bǔ)償被聯(lián)接機(jī)器的徑向、軸向和角 向位移。RA TO -S型高彈性聯(lián)軸器通過(guò)受剪切的橡 膠元件來(lái)傳遞扭矩可利用不同的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼 系數(shù)來(lái)充分調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振性能。RA TO -S型高彈性聯(lián)軸器主要由彈性元你膜 片組件和聯(lián)接件組成。根據(jù)聯(lián)軸器的型號(hào)大小和剛 度級(jí)別可將扭轉(zhuǎn)彈性元件布置成單排或多対匸彈性 元件由多個(gè)扇形塊組成。圖1為RATO-S型高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖。4 L 2 RA TO R 型該聯(lián)軸器是作為“全能的&

10、quot;RATO-S型高彈性 聯(lián)軸器的補(bǔ)充特殊設(shè)計(jì)的RATO-R型高彈性聯(lián)軸 器用于要求有較高的扭轉(zhuǎn)彈性和不對(duì)中補(bǔ)償能力351994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct簡(jiǎn)介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動(dòng)力裝聲中的使用圖I RATO-S型商彈性朕軸器圖2 XL型高彈性朕軸器的傳動(dòng)裝置中。由于轉(zhuǎn)動(dòng)價(jià)量保A TO -R型高彈性聯(lián)軸器的 內(nèi)在特性包括:校高的動(dòng)態(tài)栽荷承受能力和良好的 扭轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)特，性。應(yīng)用領(lǐng)域主要是柴油機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的高速主推進(jìn)系統(tǒng)巾TO系統(tǒng)。在低扭矩至

11、中等扭矩范SI內(nèi)，搬運(yùn)和安裝整個(gè) 橡膠件比校方便可行的情況下可選用RATO-R型 高彈性聯(lián)軸器。在盡可能最短的安裝長(zhǎng)度下.RA TO-R型高彈 性聯(lián)軸器的徑向、軸向和角向柔性使它能較好地補(bǔ) 償由原動(dòng)機(jī)的彈性支承或基礎(chǔ)偏移等引起的對(duì)中誤 差。4 2 XL 型XL型高彈性聯(lián)軸器是通過(guò)一對(duì)特殊設(shè)計(jì)的整 圈式橡膠環(huán)來(lái)傳遞功率的主要應(yīng)用于船用柴油機(jī) 主推進(jìn)動(dòng)力裝置（主機(jī)剛性安裝時(shí)）。該聯(lián)軸器是國(guó) 內(nèi)用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化觀(guān)點(diǎn)設(shè)計(jì)研制的第一 個(gè)高彈性橡膠聯(lián)軸器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是彈性大承載能力較強(qiáng)但重量 大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，對(duì)主、從動(dòng)機(jī)的附加影響大。為了限制高彈性聯(lián)軸器承受過(guò)大的意外瞬時(shí)載 荷XL

12、型高彈性聯(lián)軸器中間安裝有扭轉(zhuǎn)角限制器. 把最大扭轅角限制在25°.當(dāng)橡膠環(huán)發(fā)生意外斷裂 時(shí)它還可以起到緊急傳遞功率的作用c圖2為XL型高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖。4 3 EZREZR型高彈性聯(lián)軸器是伏爾康公司早期的一 個(gè)產(chǎn)甜是一種內(nèi)襯簾子布增強(qiáng)材料.具有多向撓性 的高彈性橡膠聯(lián)軸器C簾子布的使用保證了該聯(lián)軸 器的高強(qiáng)度。該聯(lián)軸器適用于所有需要柔性聯(lián)接的 旋轉(zhuǎn)機(jī)械通過(guò)選擇不同的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù)，幾 乎可使任何軸系達(dá)到理想的扭振狀況。特別適用干 負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。該聯(lián)軸器的特點(diǎn)是強(qiáng)度高耐疲勞性好，彈性較 大.但易形成應(yīng)力集中，彈性元件制造工藝復(fù)雜?，F(xiàn) 在已很少應(yīng)用在船舶主推進(jìn)裝置C圖3為E

13、ZR型高彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)圖。圖3 EZR型商彈性朕軸器4 4 VULKARDAN-E該聯(lián)軸器是伏爾康公司用來(lái)對(duì)RATO系列高 彈性聯(lián)軸器在小扭矩范圍應(yīng)用的補(bǔ)充廣泛應(yīng)用于 聯(lián)接彈性/剛性安裝的主機(jī)及齒輪箱或其它機(jī)器cVULKARDNA-E型高彈性聯(lián)軸器用于調(diào)節(jié)系 統(tǒng)的扭振響應(yīng)，具有縮向滑移”的特點(diǎn)。因此主要 用于罩殼安裝。因罩殼安裝的通風(fēng)截面一般較小.散 熱效果差所以VULKARDANE型聯(lián)軸器的橡膠 元件采用耐熱橡膠制造，允許環(huán)境溫度為45 °C + 90 9.同時(shí)也可以采用硅耐熱橡膠，其允許環(huán)境 溫度可達(dá)45 °C+ 120 9。圖4為VULKAR DAN-E型高彈性聯(lián)軸

14、器的結(jié)構(gòu)圖。圖4 VULKARDAN-E型商彈性朕軸器幾種高彈性聯(lián)軸器的使用和性能特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表io船舶推進(jìn)裝置中軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)性能并不是 完全靠高彈性聯(lián)軸器來(lái)進(jìn)行調(diào)諧的。其軸系中的柴 油機(jī)設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)充分把握其基本的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性。 一臺(tái)好的柴油機(jī).對(duì)其扭振方面最基本的要求就是 柴油機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性能使得動(dòng)力裝置中其他設(shè)備或 部件配置時(shí)滿(mǎn)足CCS或各國(guó)船級(jí)社規(guī)范對(duì)扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)特性的基本要求O要使得軸系在其配置其他設(shè)備和部件時(shí)其扭振 特性能達(dá)到理想狀態(tài)柴油機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)當(dāng)充分把 握其基本的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性問(wèn)題。柴油機(jī)設(shè)計(jì)中的當(dāng) 量系統(tǒng)處理應(yīng)盡可能達(dá)到以下幾個(gè)原則：不平衡原則，各個(gè)汽缸及其曲柄合成的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量及

15、剛度不等原則；最低次主簡(jiǎn)諧相抵消原則，相對(duì)振幅合成為 零原則：最低次主簡(jiǎn)諧相回避原則，避開(kāi)常用工作轉(zhuǎn) 速：次主簡(jiǎn)諧相回避原則避開(kāi)常用工作轉(zhuǎn)速：最小振幅或節(jié)點(diǎn)最佳選擇原則。軸系中高彈性聯(lián)軸器的正確選用與否,也會(huì)直 接彫響柴油機(jī)的正常使用。曾經(jīng)有一貨輪的柴油機(jī) 曲軸最后的推力軸承快速磨損.后對(duì)該輪的軸系重 新進(jìn)行扭振計(jì)算重新對(duì)高彈性聯(lián)軸器進(jìn)行選型則 此類(lèi)事故就徹底解決了。6軸系中高彈性聯(lián)軸器的存在將大大降低齒輪箱 所承受的變動(dòng)扭矩值。齒輪箱所承受的變動(dòng)扭矩公 式已經(jīng)很好地反映了這一點(diǎn)。式中T.齒輪箱承受的變動(dòng)扭矩.kNm；T. 柴油機(jī)發(fā)出的變動(dòng)扭矩值.kNm;/|高彈性聯(lián)軸器柴油機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.

16、kg m /： 高彈性聯(lián)軸器齒輪箱側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量. kg ml"與彈性聯(lián)軸器剛度成正比的系數(shù)。從上面的公式可知，在其他參數(shù)保持不變的情 況下,當(dāng)軸系中所選的高彈性聯(lián)軸器的剛度越大，則 齒輪箱所受的變動(dòng)扭矩越大。同樣在其他參數(shù)保持 不變的情況下，當(dāng)軸系中所選的高彈性聯(lián)軸器的齒 輪絕側(cè)的轅動(dòng)慣量/2越大.則齒輪箱上所受的變動(dòng) 扭矩越大。也就是說(shuō)從齒輪箱所承受的變動(dòng)扭矩來(lái) 考虎,高彈性聯(lián)軸器齒輪箱側(cè)的質(zhì)量越小越好。器性RATOXLEZRVULKARDAN-ERA TO -SRA TO -R扭矩范圍 （kN m）12 5- 800T 幽=L 6* 180Td= Q 71 100Tav = 0

17、4 500= Q 14 20彈性元件楝膠件（扇型）膜片 組件橡膠件（圓環(huán)型）膜 片組件難圏式橡膠環(huán)內(nèi)襯簾干布加強(qiáng)材 料的棣膠普通橡膠/硅咐熱橡 膠彈性性能同時(shí)具有較好的扭 轉(zhuǎn)和軸向彈性有較高的扭轉(zhuǎn)彈性 和不對(duì)中補(bǔ)償性能彈性大阻尼特性較 好具有多向撓性強(qiáng)度 非常商有較好的扭轉(zhuǎn)待性位移補(bǔ)償軸向及徑向位移補(bǔ)償性能非常好般好好降噪性能好極好一般好好環(huán)境溫度允許在-50 970 9環(huán)境下使用-10 960 930 985 9-45 990 9/-45 'C120 9應(yīng)用場(chǎng)合在全扭矩范圍內(nèi)柴 油機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 中高速主推進(jìn)系統(tǒng). 主機(jī)剛性/彈性安裝在低扭矩至中等扭 矩范圍內(nèi)柴油機(jī)或 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的中商

18、速 主推進(jìn)系統(tǒng)主機(jī)剛 性/»性安裝在低扭矩范圍內(nèi).柴 油機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 中商速主推進(jìn)系統(tǒng). 主機(jī)剛性安裝在RATO產(chǎn)品以前 廣泛應(yīng)用于船舶主 推進(jìn)現(xiàn)較多用于發(fā) 動(dòng)機(jī)臺(tái)架可適用于發(fā)動(dòng)機(jī)的 覃殼安裝及自由安 裝.自由安裝時(shí)主 機(jī)可剛性/彈性安裝安裝與維護(hù)自由拆裝結(jié)構(gòu).易損 件（橡膠件）可徑向 自由拆裝.勿需移動(dòng) 相鄰設(shè)備1.非自由拆裝結(jié)構(gòu). 軸向尺寸緊湊2自由拆裝結(jié)構(gòu).易 損件（椽膠件）可 徑向自由拆裝勿 需移動(dòng)相鄰設(shè)備有自由拆裝和非自 由拆裝兩種結(jié)構(gòu)形 式有自由拆裝和非自 由拆裝兩種結(jié)構(gòu)形 式應(yīng)用干發(fā)動(dòng)機(jī)自由 安裝時(shí)朕柚器可自 由拆裝對(duì)相鄰 設(shè)備的影響由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣董低重量輕能最有效地保 護(hù)系統(tǒng)中的其它設(shè)備由于重量人、轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量大.對(duì)主、從動(dòng)機(jī) 的附加影響大能有效保護(hù)系統(tǒng)中 的其它設(shè)備能有效保護(hù)系統(tǒng)中 的其它設(shè)備安全可靠商一般商商7現(xiàn)今.在有中高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)（一般轉(zhuǎn)速在 500 r/n in以上）的船舶動(dòng)力裝置中，選用高彈性聯(lián) 軸器已成為一種設(shè)計(jì)模式c尤其是橡膠高彈性聯(lián)軸 器以其重量輕可變剛度范圍大.補(bǔ)償位移能力強(qiáng). 免維護(hù)隔離結(jié)構(gòu)噪聲等特點(diǎn)越來(lái)越受到設(shè)計(jì)人員 的青睞c選用合適的高彈性聯(lián)軸器將使船舶動(dòng)力裝 置的設(shè)計(jì)水平達(dá)到一個(gè)新的高度，同時(shí)使軸系的可 靠性船舶的舒適性大大提高。但是我們必須要清楚地認(rèn)識(shí)到，不是所有的扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)問(wèn)