纺织机械用联轴节的转子振动特性

　　1 引言

　　如图1a所示。纺织机械(如细纱机、粗纱机,化纤机械、染整机械等)中常采用联轴节联接两轴,由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等,往往不能保证两轴的严格对中,而是存在着某种程度的相对位移与偏斜。转子不对中是回转机械常见的故障,对大型回转机械来说,转子的严重不对中甚至会引起灾难性的破坏。对于纺织机械来说,传递的扭矩不是很大,轴系的速度较低,一般采用凸缘联轴节联接,转子不对中会引起轴系的速度波动,产生振动,影响纺织品加工质量。有些回转机械在运用前已对中(设计和制造中允许有一定的偏移量),但由于受热、受载以及基础变形等原因,又会产生新的不对中。据美国化工公司有关资料表明,在测到的振动事故中60%是由于轴系不对中引起的。纺织机械中虽然不会引起灾难性破坏,但转子不对中引起的纺织品加工质量变化也是非常重要的,这对于工艺分析来说,也是一个必不可少的因素。因此,如何及早发现转子不对中故障是回转机械诊断的重要内容之一。

　　在有关转子不对中的故障诊断的文献中,谈到转子不对中的振动特征时,通常只是从运动学角度来说明转子径向振动的频率为旋转频率的两倍,缺乏动特性分析的依据。事实上,所述结论不能解释不对中的频谱图中出现奇次旋转频率成分的现象。

　　本文以凸缘联轴节联接的转子系统为分析对象,在一定的简化条件下,建立轴系振动微分方程,并求得其稳态响应。

　　2 Hooke联轴节—运动学问题

　　Hooke联轴节(万向接头)用以联接两轴有较大的角度不对中情况。通常Hooke联轴节成对使用,以避免速度和角加速度的波动现象。

　　设两轴夹角为B,主动轴角速度ω1,从动轴角速度ω2,两轴用Hooke联轴节联接。则纯粹用运动学分析可得

　　设主动轴匀速转动,从而θ=ω1。这样,从动轴角速度的波动是主动轴角速度的偶次谐波函数。这种二倍转频特性被广泛作为识别转子不对中的振动特征[2~4],实际上是基于运动学分析的Hooke联轴节的不对中特性。

　　3 凸缘联轴节—动力学问题

　　纺织机械中的转子通常采用刚性联轴节或半挠性联轴节。半挠性联轴节的特性可看作介于刚性联轴节和Hooke联轴节之间。这里只讨论刚性联轴节—凸缘联轴节。这种联轴节利用凸缘(法兰盘)和螺栓联接两轴。结构简单,加工方便,具有能传递大功率的优点,但它对两轴的对中要求较高;当不对中时将使螺栓、凸缘和转子受力而变形。因而凸缘联轴节的不对中问题不应再作为运动学问题来处理,其本质属于动力学问题。

　　设主动轴I与从动轴II夹角为β,通常β角甚小。为了便于研究,不考虑Hooke联轴节效应,即认为两轴的角速度相等都是X,并设轴ω上有一圆盘如图1b所示。