基于有限元的橡胶-金属联轴器功率流研究

　　机械设计与制造基于有限元的橡胶金属联轴器功率流研宄张平豪贺少华吴新跃海军工程大学202教研室，武汉430033对橡胶材料减振性能的影响，并通过基于有限元计算的功率流减振效果评估方法进行定量分析。结果率传递时达到该工况下的最佳减振效果，对这类联轴器的工程应用有定的指导意义。

　　1引百随着舰艇排水量的加大武各的增多航速的提高，使得各种动力机械向高速轻型强载发展，它们产生的振动和噪声也越来越强烈，由振动和噪声引起的危害日益严重。故有效地控制振动和噪声已成为现代舰艇的个重要的战技术特性要求。为了改善舰艇的战技术特性，提高其作战能力，必须对机械振动采取有效的减振措施。橡胶金属联轴器安装在减速器轴和主动力装置轴系艉轴之间，实现着传递扭矩降低由主汽轮机组传给轴系的振动量级的功用，通过连接外鼓轮和内鼓轮的橡胶金属组合装置实现对中补偿，是舰艇降低振动噪声的重要装置。基于橡胶粘弹性理论讨论了橡胶金属联轴器在高速旋转时橡胶组件产生的拉压应力对橡胶材料的减振性能的影响，并通过基于有限元计算联轴器在结构材料确定的情况下，通过改变输入转速和扭矩可使联轴器在保证传递功率不变的前提下达到最佳的减振效果，对这类联轴器的工程应用有定的指导意义。

　　2橡胶金属联轴器力学分析橡胶金属联轴器有限元模型，1.其主要部件包括外鼓轮内鼓轮从动轮主动轮套齿联轴器轮毂橡胶金属装置链轮等。橡胶金属环是联轴器主要减振降噪部件。橡胶金属环由只钢制轮毂组成，它们之间采用经硫化的高强度橡胶块连接。联轴器在传递扭矩时，通过内鼓轮橡胶金属装置外鼓轮结构使得施加在橡胶件上的作用力并不是传动联轴器上橡胶件所受的力矩，而是拉力和压力。因此橡胶件的减振特性主要通过拉1压刚度和粘弹阻尼体现，而不是扭转刚度。

　　粘弹阻尼材料的减振降噪主要通过耗散振动能实现，对于单向拉压振动周能量的耗散为识=CD由1式知为提高粘弹阻尼材料的减振效果，就必须提高耗散能，也就是要提高式中的4和。高分子粘弹材料的杨氏模量和耗损因子在很大程度上随着环境因素而变化，尤其是温度频率应变幅值和预压缩量的改变而明显变化1.其中温度和频率是基本保持不变的，因此着重考虑通过多体动力学理论计算得到3求解方法理论分析3.1多体动力学理论基础在柔性体上建立个动参考系，把柔性体的空间任意运动分解为随动参考系的牵连刚性运动和相对于动参考系的变形运动，就可以描述柔性体的位形了。2，柔性体上住点，惯性坐标系的旋转变换矩阵；户点相对于动坐标系的位置向量，它是未变形前的位置向量，与变形引起的位置向量的叠加3.

　　3.2基于有限元的联轴器减振原理将联轴器简化为两转子系统是描述其减振原理最常用的方法。不考虑非线性因素时，联轴器两端所联结的部件被转化为双质量系统的平衡方程为，联轴器阻尼矩阵，有。17爪；欠联轴器刚度，有左=财2激励力矩3；各个单元弹性矩阵；0结构材料密度；7阻尼系数。

　　将式⑶对时间进行傅里叶变换求解即可得到单元各个节点的响应和各节点的广义内力尸为节点编号。

　　3.3振动功率流基本原理若记尸为作用于结构某点处的外力，而70为该点的速度响应，则输入该结构的功率为尸=尸70，它是时间，的函数。

　　按时间平均的功率称为振动功率流，即平均功率流是在段时间内的平均功率，比某时刻的瞬时功率更能反映外部激励注入结构的能量强度。根据统计能量法故有⑷式中CO研宄频段中心角频率；7阻尼损耗因子3结构质量；1动速度平方均值。即振动速度平方均值与输入功率流成正比，所以降低输入基础的功率流，就可以减弱基础振动强度4.假设激振力，和响应70均为简谐广与分别为厂和7的共轭复函数。相对于振级落差的概念，有传递功率流落差=101+作为减振效果的评价参数，其中，示减振器的传递功率流，示振源输入到减振装置4有限元建模通过Hypermesh软件对橡胶金属联轴器进行网格化分，并导入AbaquS软件进行联结部分处理后的有限元模型，l.结构中有多处滑动轴承螺栓联结和齿轮轮齿联接。联轴器共产生125，826个维单元，接触单元包含5，对，公共节点4510对；添加滑动轴承单元32个。约束条件为外鼓轮和轮毂6个自由度全约束。联轴器材料由钢和橡胶组成，取钢密度为7800让咖弹性模量为抑州泊松比，橡胶材料使用1230邵氏硬度60.根据橡胶金属弹性联轴器的实际运动关系，将各运动副简化成入8入9仍中的理想约束，只2为内鼓轮等组件施加刚性体约束的参考点，83