» » Упругие муфты с полимерными вкладышами

Упругие муфты с полимерными вкладышами

31.08.2016

Упругие муфты представляют собой две стальные полумуфты 1, 4, между зубьями-впадинами которых вставлены эластичные элементы 3 (рис. 13.7). За счет деформаций этих элементов осуществляется компенсация перекоса, смещения осей соединяемых валов и их крутильных колебаний, возникающих при переходных режимах работы. Они способны смягчать толчки и удары, кинетическая энергия которых частично поглощается и переходит в тепло, частично аккумулируется упругими элементами, превращаясь в потенциальную энергию деформации. Такие муфты позволяют сравнительно легко изменять свои жесткостные и демпфирующие свойства и, следовательно, спектр собственных частот энергомеханической системы, что дает возможность направленным способом изменять динамические свойства машин.
Упругие муфты с полимерными вкладышами

Упругие муфты характеризуются:
- жесткостью, представляющей собой зависимость относительного угла поворота полумуфт от величины крутящего момента;
- демпфированием, т. е. способностью необратимо поглощать механическую энергию;
- энергоемкостью, представляющей собой работу при деформации упругой муфты под действием некоторого крутящего момента.
Упругие муфты с постоянной жесткостью называют линейными, с переменной — нелинейными. Жесткость нелинейных муфт растет с увеличением деформации, и поэтому при небольших нагрузках они работают по мягкой характеристике, с увеличением нагрузки нелинейные муфты работают более жестко. Способность нелинейных упругих муфт изменять свою характеристику в зависимости от скорости нарастания нагрузки позволяет в несколько раз снижать резонансные колебания валов при пуске и остановке машины, а также в момент появления неравномерного движения при номинальном режиме работы.
Применение упругой муфты в энергомеханической системе связано с решением задач по определению собственных и вынужденных колебаний системы. Проведенные с этой целью в ВИГМе им. М.М. Федорова теоретические исследования (выполнены В.П. Паршинцевым) позволили установить упругие характеристики муфты, способствующие устранению резонансных режимов крутильных колебаний системы. Центробежная компрессорная машина, содержащая нелинейный упругий элемент, при определении собственных частот крутильных колебаний рассматривается в виде трехмассовой расчетной схемы (см. рис. 13.1, б).
Уравнение упругой характеристики соединительной муфты выражается в виде полинома третьей степени
Упругие муфты с полимерными вкладышами

где Mн — номинальный крутящий момент; Δ — угол закручивания муфты при передаче Mн.
Использование метода гармонической линеаризации позволило получить зависимость собственных частот крутильных колебаний (λ) от амплитуды деформации (δ) при различных упругих свойствах муфт. Решение показало, что применение упругой муфты приводит к понижению основной собственной частоты крутильных колебаний валопровода турбокомпрессоров: для машин типа К-250 с 40 до 60%, для К-500 на 35—50%.
Решение задачи о вынужденных колебаниях турбокомпрессоров с учетом нелинейностей в соединительной муфте, в механической характеристике приводного двигателя и других нелинейностей выполнено на основании результатов экспериментальных исследований, полученных в условиях шахтной эксплуатации турбокомпрессоров, с учетом того, что генератором вынужденных крутильных колебаний системы является приводной синхронный двигатель, а закон изменения динамической составляющей механической характеристики двигателя близок к гармоническому. Следовательно, анализ вынужденных крутильных колебаний можно осуществлять с учетом динамической составляющей крутящего момента Мд, которая выражается уравнением
Упругие муфты с полимерными вкладышами

где T — электромагнитная постоянная времени; Mн — номинальный крутящий момент; μд — коэффициент пропорциональности; φ — угловая скорость; φн — номинальная угловая скорость.
Эквивалентная расчетная схема вынужденных колебаний центробежной компрессорной машины, имеющей нелинейную муфту, приводится как и при анализе собственных частот, к виду, представленному на рис. 13.1, б, где I1, I2,13 — моменты инерции ротора электродвигателя, редукторной пары и ротора компрессора соответственно, приведенные к валу двигателя.
Наиболее опасным в центробежных компрессорных машинах является сечение А (см. рис. 13.1, а), перемещение которого можно определить методом динамических жесткостей из выражения
Упругие муфты с полимерными вкладышами

где DА+, DА- — комплексные динамические жесткости сечения при их составлении слева и справа расчетной схемы.
Упругие муфты с полимерными вкладышами

Таким же образом определяется перемещение αВ сечения В, а разность (αВ—αА) эквивалентна амплитудному значению δ собственных колебаний системы, т. е.
Упругие муфты с полимерными вкладышами

Задавая различные значения, можно определить зависимость δ(ω) и таким образом построить резонансную кривую валопровода турбокомпрессора с встроенной упругой нелинейной муфтой, имеющей различные характеристики. Амплитудно-частотные характеристики валопровода турбокомпрессора с различными параметрами податливых элементов получаются графическим построением: путем наложения скелетных кривых на резонансную характеристику. На основании проведенных таким образом, экспериментально-теоретических исследований подобраны характеристики и сконструировано два вида упругих муфт — для турбокомпрессоров К-500 и К-250.
Упругие муфты с полимерными вкладышами

Проведенные сравнительные экспериментальные исследования центробежной компрессорной машины типа К-500 на шахте «Краснолиманская» ПО «Добропольеуголь» свидетельствуют (рис. 13.8) об удовлетворительной сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований. Упругая муфта с эластичными элементами, изготовленными, из полиуретановых соединений, позволяет в 2—3 раза уменьшить изгибающий момент (Мц) в процессе разгона машины. Максимальный крутящий момент при этом также уменьшается в 2,5 раза.
Таким образом, применение гидродинамических и упругих муфт с использованием полимерных материалов приводит к улучшению состояния шахтных турбомашин и повышению надежности и долговечности их работы.