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        撓性聯軸器如何克服振動這個難題

        發布日期:2021-04-11 ?文章來源:華碩傳動機械 ? 點擊:
        撓性聯軸器如何克服振動這個難題
        與任何其它消耗能量的機械設備一樣,泵需要能量源來驅動它們。它們需要機械能來執行將液體從一個位置轉移到另一個位置的任務,能量由內燃機或電動機來提供。能量源通過一個能量傳輸系統驅動泵,此系統通常由一系列齒輪箱、驅動軸和聯軸器組成。這一切也許看起來相當簡單,但泵要安全有效率地運轉,系統中有幾個固有的可怕力量需要抑制。第一個以相當隱秘的形式出現,稱為扭轉振動,除非有效地處理,扭轉振動可能摧毀一個能量傳輸系統和它正在驅動的泵,它可能會完全損壞堅固的鋼驅動軸,導致泵扭曲自身從底座上松開,甚至可能對附近的人產生傷害威脅。那么什么是扭轉振動?我們怎么處理它?

        扭轉振動是能量傳輸工程最可怕的噩夢。工業領域中,它會引起飛機墜毀、汽車拋錨和驅動系統常見的失效。它由扭矩中幾乎不可預知的脈沖引起,這對內燃機來說是固有的。每次點燃被壓縮的燃料和空氣混合物時,它迅速膨脹,驅動活塞在它的做功沖程內落到汽缸上。每個做功沖程在扭矩內產生一個脈沖或峰值,那將導致驅動軸難以察覺的扭曲。

        人們可能會認為,像鋼驅動軸一樣堅固的東西不會明顯扭曲,但施加力時,任何一片金屬都會彎曲,當大量能量產生時,含有的能量可能是巨大的。另外,扭轉振動的影響會被系統中另一種可怕的東西擴大,即一個相關的現象稱作扭轉共振。

        假如我們考慮柴油機驅動的泵送系統,每一個柴油發動機都存在固有的共振,有點像振鈴的聲音或振動吉他的聲音。如果這一扭轉共振與泵的固有頻率一致,那么后果是災難性的或者說,至少,也會大大縮短系統的使用壽命,迫使采取更高程度的保養。

        扭轉振動對簡陋的設備來說是不可觀察的,因為驅動軸的扭曲振動與穩定的平均旋轉速率是重疊的。曾擔任MIT(麻省理工學院)機械工程系領導的Edward Miller教授進行了一項觀察,發現了扭轉振動的剪切破壞力。在柴油機驅動泵的原始試驗中,他提到,連接發動機與泵的轉軸在完全失效之前,開始發“櫻桃紅”色的光。破壞性能量的現象數量僅僅是扭轉振動的后果,那時,直到失效發生,扭轉振動才可以真實可見。

        工程學知識已大大向前發展,自從那時,扭轉振動不再像以前那樣神秘。制造商可以提供每臺發動機扭轉共振的詳細資料,設計工程師可以確保系統中扭轉振動水平處于允許范圍之內。新型解決方案是在柴油發動機和泵軸之間安裝一個撓性或扭轉柔性的聯軸器,將發動機的諧波與其與系統隔離。通常用作此目的的撓性聯軸器有兩種類型,一種是壓縮橡膠聯軸器,另一種是內剪切橡膠聯軸器。

        壓縮橡膠聯軸器的分解圖顯示出其結構和安裝在金屬葉片間的橡膠塊Croset的發明基本原理與那時候本質上是一致的,或許可能僅僅是更精細了一點。本質上來講,兩個圓的金屬部件用外觀像明輪汽船槳葉、從外邊向內凸出而從里邊向外凸出的東西連接在一起。橡膠片放在葉片之間的空隙內,當外部部件被發動機轉動時,它通過此橡膠塊驅動內部部件。如此一來,橡膠被壓縮,因此產生了這個詞“內壓橡膠”。

        壓縮橡膠聯軸器,通常用在泵送系統中解決和防止問題的發生。萬向節聯軸器,用于泵和柴油發動機有偏差的場合

        當橡膠被壓縮時,它表現得就像一種可壓縮的流體,比可選擇的橡膠內剪切技術或拉緊技術本更堅固。在這里,橡膠中最輕微的刮痕都可能導致災難性的撕裂和徹底的連接失效。RHC的壓縮橡膠聯軸器本質上是具有失效保護性能的,因為即使最不可能的情況發生(像膠片汽化),堅固的金屬葉片將參與提供驅動力。在可能的情況下,高振動載荷可能切斷火撕裂橡膠片。這時,聯軸器將繼續運轉,效率只有很少損耗。在許多應用中,例如消防,泵的失效無法選擇,壓縮橡膠聯軸器由于它們的失效保護特性通常被指定應用于此。

        壓縮橡膠聯軸器還是免保養的,不需要潤滑或任何形式的調整,這就是說在泵的所有應用中,它具有最低的生命周期成本。這種聯軸器中起作用的僅僅是橡膠片,大多數情況下,橡膠片有超過10年的使用壽命。壓縮橡膠聯軸器還非常耐用,特別適用于條件更惡劣的應用領域,比如大的顆粒砂石或沙粒的泵松。惡劣應用環境下會產生更強的振動,聯軸器中的橡膠片可減弱振動載荷,減小動力傳動系統的振動扭矩。
        柴油驅動系統的另一種可替換方案是變頻發動機(VFD),它在泵送應用中變得越來越普遍。VFD可更經濟地利用電動機,但由于它的特殊性質,會產生脈沖輸出,這就需要撓性聯軸器來控制扭轉振動。聯軸器中的橡膠會減弱脈沖,改變發動機系統的固有頻率,使它低于泵的運轉速度。

        安裝在柴油發動機和離心泵之間的壓縮橡膠聯軸器

        撓性聯軸器還用來承受不同程度的偏差。對于離合器殼中的應用,聯軸器必須承受由于制造公差導致的少量偏差。然而,對于不需支撐的應用,偏差程度取決于泵到發動機的校準精確度。相當常見的是,泵和發動機牢固的安裝在一個防震底座上,有點像汽車的懸架系統,不同的偏差取決于底座上的移動量。這些程度的偏差可以通過使用兩個撓性聯軸器和它們之間的一根軸來調節。如此一來,當泵和發動機發生相對移動時,軸可以進行鉸接。

        每一個泵送系統都是不同的,但對它們來說共通的是安全運行、可靠性和最低可能保養成本的需求。壓縮橡膠聯軸器滿足所有的挑戰,出現在全世界的泵送應用中。既然每一個系統都是獨特的,RHC的工程師在提出正確的連接解決方案之前使用他們自己的軟件分析系統的動力學性能。
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