冲击载荷下弹性联轴器刚度非线性特性影响.pdf

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1、总第期年第期舰船电子工程冲击载荷下弹性联轴器刚度非线性特性影响李（山东水利技师学院 淄博芳蔡耀全朱来刚。）（部队淄博）（海军工程大学武汉摘要论文分析了弹性联轴器在车辆应用中的重要作用，通过建立弹性联轴器双质量力学模型，将弹性联轴器的刚度非线性引入模型中， 利用渐进法分析了联轴器在冲击载荷下其刚度非线性特性影响，为弹性联轴器在车辆应用设计中， 提供了一定的理论指导。关键词弹性联轴器；刚度非线性；冲击载荷：中图分类号 。（，）（ ，）（，） ， ， ，引言车辆动力传动系统是车辆底盘的核心组成部统的固有特性和减振效果影响非常大，许多文章对弹性联轴器的研究是将其阻尼和刚度经线性化后得到理想模型，而实际

2、工程中弹性联轴器的刚度和阻分，当车辆在过渡工况下如起步、加速、减速、换档、制动、转向等工况时， 工作状态的部件会引起强烈的瞬时冲击载荷，不仅会对车辆产生损坏，也可能会导尼非线性性总是存在的，本文将讨论在冲击载荷作用时弹性联轴器非线性刚度的影响 叫。致车辆的共振。随着对动力传动系统运行的安全性、可靠性要求的不断提高， 越来越多的动力传动系统选用弹性联轴器来减小轴系的振动问题。弹性联轴器的缓冲和吸振性能主要与其刚度和阻尼有关： 调整联轴器刚度即可改变动力传动系统的固有频率，进而可将系统的主要共振转速移出系统 弹性联轴器力学模型为便于简化计算对传动轴系中联轴器的主动和从动两侧的转动惯量和刚度作力学模

3、型的简化，建立如图图弹性联轴器所示的典型双质量系统力学工作转速范围， 避免系统发生共振；增大联轴器阻尼即将输入传动系统的谐振力矩振幅减小，尤其是系统共振振幅减小更显著。由于其刚度和阻尼对系力学模型模型 引。根据达朗伯原理，可以分别列出两个当量惯性圆盘的转动方程式，即系统振动的微分方程为收稿日期：年月日，修回日期：年月日作者简介： 李芳， 女，助理讲师， 研究方向：车辆工程。蔡耀全， 男， 博士研究生，研究方向：轮机工程。朱来刚， 男， 硕士，助理工程师， 研究方向：轮机工程。李芳等：冲击载荷下弹性联轴器刚度非线性特性影响总第期 是声一丁（）（）一 （一（）（）式中： 、 分别为从、主动圆盘的扭

4、转角，；声设方程改进的一次近似解为（）（以，）（）为从、主动轴的相对扭转角，一 一 ； 厶分别为从、主动轴上圆盘的等效转动惯量，；为联轴器的刚度，；为联轴器的粘滞阻尼系数，；（）为冲击负载转矩，。经变换可得如下方程：（盘，）可通过如下方程求得（ ） 一厂（以 。 （，一蚴， （）（）（）（）（）是， 声一三（ ）式（）是弹性联轴器阻尼和刚度经线性化后得到理想模型，但是现实情况中联轴器是具有非线性特性的，因此研究其非线性特性对设计联轴器有着重要的指导意义。 冲击载荷下的响应根据式（）假设弹性联轴器的刚度具有三次非线性，忽略轴系的摩擦力得到如下方程：是走。一（）式中： 为弹性联轴器非线性扭转刚度，

5、其它符号意义如前所述。式（）是含有三次方非线性方程，利用渐近法解方程，可将方程改写为，）式中： 一、 ，一（ ）：， 厂（， ） 一一是 。 ， 为小参数。本文利用渐进法解方程（）。该方法是将方程的解及振幅和相位角表示为小参数的幂级数函数， 然后用分离变量法求出这些幂级数函数的未知系数。设方程的一次近似解为一（）（）则窘一 （ 小口 一 （一 （）（）磐一 ， 一， 一 （ 。 （ ） ， （）（）（）式（）和式（）积分后可得 （ 口 ） 一， ， 专口（ ）当时，由式（）可求出口一以一（）由式（）可求出将式（）、式（）代人式（），可得 。（） （ ）。（）一 （） （ ） （） （）（） （

6、）（）式中：一 （ 以 “ ） 。将式（）、（）（）代人式（），即得到了方程（）的改进的一次近似解，若求出更高阶的解，解中将含有高阶次的谐波项，考虑到高阶次的谐波项对弹性联轴器的响应影响比较小，因而不会影响其运动规律。对求二次导数得到角加速度，即：（） （）（）；。 （）（口，）（）式中： ，一一邋一（； 一（， ）一（）。 （） （）（） 一（） （） （）话 （），厂一。（）一（）。（）， 一 （）一（以）江 （） （ ）江（）一 （），一一 （ ） 。（） （）一 （ 扣以） （）（）江 （）一 （ ） （）（）一扣 （） （） （）一（一（毒一 。（ （ ），（）（） 越煅器。一年第期

7、舰船电子工程如 如如 如加加江吱（ ） （ ）图说明在相同的初始条件下，扭转角度响应随弹性联轴器的非线性刚度的增加而增大，并且其扭振频率也随之增加，这表明在冲击载荷下弹性联轴器的硬非线性刚度不利于系统的冲击减振。图蕾一一（）。 。（） （ 盘扣以）一（） （江扣（）（ 。（ ） （ ） （）； （）（） 说明在相同的初始条件下，扭转角度响应随弹性联轴器的软非线性刚度的增加而减小，并且其扭振频率也随之减低。图也表明在冲击载荷下弹性联轴器的软非线性刚度有利于系统的冲击减振。根据假设参数，利用对其进行仿真计算，对弹性联轴器的角加速度随其非线性刚度的强通过计算仿真分析可知，在设计弹性联轴器时应避弱、软

8、硬特性的变化规律进行分析，具体结果如图图。八一。一一 时间 图。，条件下的角加速度专一盘一幽一层一嘏一 时间图一。忌一一，尼一一志条件下的角加速度图一，忌一一忌条件下的角加速度免其硬非线性的刚度存在。结语运用渐进法分析弹性联轴器在冲击载荷作用下刚度非线性特性响应，表明在冲击载荷下弹性联轴器的硬非线性刚度不利于系统的冲击减振，软非线性刚度有利于系统的冲击减振，设计弹性联轴器时应避免其硬非线性的刚度存在，为弹性联轴器应用和设计提供了一定的理论准备。参考文献施高义，唐金颂，喻怀， 等联轴器北京：机械工业出版， ：李和言，马彪，马洪文， 等弹性联轴器对车辆动力传动系统扭振特性影响研究机械强度，（）：刘辉，项昌乐弹性联轴器对动力传动系统扭振特性影响研究机械强度，（）：梅庆，力宁弹性联轴器动力特性分析与实验研究振动与冲击，（）： ， ，：蔡耀全，吴家明，曾凡明高弹性橡胶联轴器在脉冲负载作用下的动态响应分析船海工程，（）：赵广，刘占生，王永亮， 等不同类型联轴器对转子系统临界转速影响理论与试验研究 振动与冲击，（）：黄艳一类二阶非线性微分方程解的振动性研究曲阜：曲阜师范大学， ：