簡介高彈性聯(lián)軸器在船舶動力裝置中的使用

1、簡介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動力裝翌中的使用I簡介高彈性聯(lián)軸器在船舶動力裝置中的使用張蕓(無錫伏爾康科技有限公司上海辦事處上海200120)商彈性朕軸器:動力裝直】隨看造船技術(shù)的發(fā)展.人們對動力裝直系統(tǒng)運行的安全性、可靠性和舒適性的要求越來越高趣來越多的船舶在動力裝直中選用高彈性朕軸器來解決軸系的振動與噪聲問題。文章就這方面的問進行一些討論.供 大家參考。JU664.2|A | 1 (X) 1 -9835 (2(X)6) 01 -0934-05H運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簡介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動力裝翌中的使用#1994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct簡介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動力裝翌中的使用11

4、張2OO5- 10- 121969. 9-).女.淅江人.工程師從事船舶設(shè)備i殳計工作。隨著造船技術(shù)的發(fā)展.人們對動力裝置系統(tǒng)運 行的安全性、可靠性和舒適性的要求越來越高越來 越多的船舶在動力裝置中選用高彈性聯(lián)軸器來解決 軸系的振動與噪聲問題。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，可極大范圍地滿足扭 振計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償能力。在船舶動力系統(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，補償徑向軸向和角向?qū)χ姓` 差補償旋轉(zhuǎn)動量的振蕩調(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.各向位移補償量 大阻尼大吸振能力及調(diào)頻能力強等特點,能較好 地保護主機、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 進裝置中會發(fā)生一些這樣或那樣的事故c很多事故 的主要原因就是沒有充分把握如何正確地在船舶動 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題做一些討論供 大家參考。2高彈性聯(lián)軸器是根據(jù)計算扭矩及工作轉(zhuǎn)速來進 行初步選定聯(lián)軸器的型號。計算扭矩按下列公式計算：T = K 9 55 n式中 T計算扭矩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各個高彈性聯(lián)軸器的制造商對上述工作情況系 數(shù)K的選用可能會有所不同.在不同的應(yīng)用場合一 般也會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動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度Cm”kN m/rad相對阻尼屮額定扭矩（Tm ）是聯(lián)軸器在發(fā)動機的穩(wěn)定 工況（連續(xù)運行或間斷運行）時能持續(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 過渡工況（例如:起動載荷、沖擊栽荷、短暫地通過臨 界

7、點）下，所允許傳遞的最大扭矩值最大扭矩發(fā)生 的時間很短。最大扭矩:是聯(lián)軸器在系統(tǒng)非正常 的過渡工況下所允許傳遞的最大扭矩值。許用變動扭矩（7* ）是聯(lián)軸器在受到的基 本載荷達到額定扭矩 J時聯(lián)軸器所允許的由于 周期性扭矩變動而產(chǎn)生持續(xù)的扭矩振幅值。許用軸向位移（也）是聯(lián)軸器允許主動端 與從動端之間在軸線方向相對于中間平衡位置的位 移偏移量，許用徑向位移（燈）是聯(lián)軸器允許主動端 到從動端對軸線垂直方向穩(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 在軸向位移偏差時聯(lián)軸器的主動端和從動端在軸 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。動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度（C如）是聯(lián)軸器在一個振動 周期內(nèi)彈性扭矩與扭矩角的振幅之比。相對阻尼（0 是聯(lián)軸器在一個振動周期內(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)均通過各種試驗得出如靜態(tài)扭轉(zhuǎn)試驗動態(tài)特性 試驗，沖擊試驗和疲勞試驗等。4目前在船舶動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)用于船舶主推進根據(jù)二十多 年的使用經(jīng)驗證明該聯(lián)軸

9、器應(yīng)用于船舶主推進性 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)軸器它能夠補償被聯(lián)接機器的徑向、軸向和角 向位移。RA TO -S型高彈性聯(lián)軸器通過受剪切的橡 膠元件來傳遞扭矩可利用不同的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼 系數(shù)來充分調(diào)節(jié)傳動系統(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)軸器的型號大小和剛 度級別可將扭轉(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)軸器的補充特殊設(shè)計的RATO-R型高彈性聯(lián)軸 器用于要求有較高的扭轉(zhuǎn)彈性和不對中補償能力351994-20C8 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hlip:ki.nct簡介高彈性聯(lián)軸器在斛舶動力裝聲中的使用圖I RATO-S型商彈性朕軸器圖2 XL型高彈性朕軸器的傳動裝置中。由于轉(zhuǎn)動價量保A TO -R型高彈性聯(lián)軸器的 內(nèi)在特性包括:校高的動態(tài)栽荷承受能力和良好的 扭轉(zhuǎn)動態(tài)特，性。應(yīng)用領(lǐng)域主要是柴油機或電機驅(qū)動 的高速主推進系統(tǒng)巾TO系統(tǒng)。在低扭矩至

11、中等扭矩范SI內(nèi)，搬運和安裝整個 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 償由原動機的彈性支承或基礎(chǔ)偏移等引起的對中誤 差。4 2 XL 型XL型高彈性聯(lián)軸器是通過一對特殊設(shè)計的整 圈式橡膠環(huán)來傳遞功率的主要應(yīng)用于船用柴油機 主推進動力裝置（主機剛性安裝時）。該聯(lián)軸器是國 內(nèi)用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化觀點設(shè)計研制的第一 個高彈性橡膠聯(lián)軸器國家標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品的特點是彈性大承載能力較強但重量 大轉(zhuǎn)動慣量大，對主、從動機的附加影響大。為了限制高彈性聯(lián)軸器承受過大的意外瞬時載 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 個產(chǎn)甜是一種內(nèi)襯簾子布增強材料.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 器的高強度。該聯(lián)軸器適用于所有需要柔性聯(lián)接的 旋轉(zhuǎn)機械通過選擇不同的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù)，幾 乎可使任何軸系達到理想的扭振狀況。特別適用干 負載變化較大的場合。該聯(lián)軸器的特點是強度高耐疲勞性好，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對RATO系列高 彈性聯(lián)軸器在小扭矩范圍應(yīng)用的補充廣泛應(yīng)用于 聯(lián)接彈性/剛性安裝的主機及齒輪箱或其它機器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。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.同時也可以采用硅耐熱橡膠，其允許環(huán)境 溫度可達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對比見表io船舶推進裝置中軸系的扭轉(zhuǎn)振動性能并不是 完全靠高彈性聯(lián)軸器來進行調(diào)諧的。其軸系中的柴 油機設(shè)計也應(yīng)當(dāng)充分把握其基本的扭轉(zhuǎn)振動特性。 一臺好的柴油機.對其扭振方面最基本的要求就是 柴油機扭轉(zhuǎn)振動特性能使得動力裝置中其他設(shè)備或 部件配置時滿足CCS或各國船級社規(guī)范對扭轉(zhuǎn)振 動特性的基本要求O要使得軸系在其配置其他設(shè)備和部件時其扭振 特性能達到理想狀態(tài)柴油機設(shè)計時也應(yīng)當(dāng)充分把 握其基本的扭轉(zhuǎn)振動特性問題。柴油機設(shè)計中的當(dāng) 量系統(tǒng)處理應(yīng)盡可能達到以下幾個原則：不平衡原則，各個汽缸及其曲柄合成的轉(zhuǎn)動 慣量及

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

16、kg m /： 高彈性聯(lián)軸器齒輪箱側(cè)的轉(zhuǎn)動慣量. 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)的轅動慣量/2越大.則齒輪箱上所受的變動 扭矩越大。也就是說從齒輪箱所承受的變動扭矩來 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)襯簾干布加強材 料的棣膠普通橡膠/硅咐熱橡 膠彈性性能同時具有較好的扭 轉(zhuǎn)和軸向彈性有較高的扭轉(zhuǎn)彈性 和不對中補償性能彈性大阻尼特性較 好具有多向撓性強度 非常商有較好的扭轉(zhuǎn)待性位移補償軸向及徑向位移補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)用場合在全扭矩范圍內(nèi)柴 油機或電機驅(qū)動的 中高速主推進系統(tǒng). 主機剛性/彈性安裝在低扭矩至中等扭 矩范圍內(nèi)柴油機或 電機驅(qū)動的中商

18、速 主推進系統(tǒng)主機剛 性/»性安裝在低扭矩范圍內(nèi).柴 油機或電機驅(qū)動的 中商速主推進系統(tǒng). 主機剛性安裝在RATO產(chǎn)品以前 廣泛應(yīng)用于船舶主 推進現(xiàn)較多用于發(fā) 動機臺架可適用于發(fā)動機的 覃殼安裝及自由安 裝.自由安裝時主 機可剛性/彈性安裝安裝與維護自由拆裝結(jié)構(gòu).易損 件（橡膠件）可徑向 自由拆裝.勿需移動 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)動機自由 安裝時朕柚器可自 由拆裝對相鄰 設(shè)備的影響由于轉(zhuǎn)動慣董低重量輕能最有效地保 護系統(tǒng)中的其它設(shè)備由于重量人、轉(zhuǎn)動慣 量大.對主、從動機 的附加影響大能有效保護系統(tǒng)中 的其它設(shè)備能有效保護系統(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)動機（一般轉(zhuǎn)速在 500 r/n in以上）的船舶動力裝置中，選用高彈性聯(lián) 軸器已成為一種設(shè)計模式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.補償位移能力強. 免維護隔離結(jié)構(gòu)噪聲等特點越來越受到設(shè)計人員 的青睞c選用合適的高彈性聯(lián)軸器將使船舶動力裝 置的設(shè)計水平達到一個新的高度，同時使軸系的可 靠性船舶的舒適性大大提高。但是我們必須要清楚地認識到，不是所有的扭 轉(zhuǎn)振動問