液力耦合器自同期现象分析

　　液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器,因其具有近空载启动、过载保护、节能无级调速、无谐波污染电网而得到广泛应用[1].每年有4万台(套)液力耦合器应用于矿山、港口、建材等行业.文献[2]分析了液力耦合器的振动原因,但对自同期现象没有进行深入分析,“自同期”这一概念首先出自日本学者的介绍[3],它是指在回转机械中如果有位置可移动的物体(或子系统),则该物体的位置将自动的受回转机械振动相位的影响,呈现一种自同期现象,物体位置的改变也会反过来影响回转机械的振幅,其结果会极大地增强或减弱回转机械的振动幅值.液力耦合器工作腔内的液体分布是可变的,即当液力耦合器转子因为不平衡而振动时其内腔中液体的分布会出现自同期现象.

　　1　液力偶合器的自同期现象分析

　　1·1　自同期现象分析的主要参数计算

　　图1为液力耦合器工作腔部分充液的转子模型,偏心距为e,偏心质量为m偏,转子质量为m转,液体质量为m液,密度为ρ,转子的厚度为H.

　　如果回转机械工作频率ω在共振频率ωn附近时,工作腔内液体将发生自激振动,使系统处于振动加剧的不稳定状态,实际系统均会避免这种极端状况的出现,本文只对ω不在ωn附近的情况进行分析.

　　由于液体的,当回转机械主动轴以ω'转速转动时,工作腔内的液体在粘性作用下转速逐渐加快,直到稳定转速ω.液体在惯性离心力作用下被甩向回转工作腔外壁.中间部份形成空洞,如图2所示.

　　图中O、O1为回转机械稳定工作时回转工作腔静止和运动时的中心位置,其中:X0为稳态振幅,OXY为转动坐标,r为回转液体内表面半径.

　　①轴的弹性恢复力FK:

　　F_K=KX₀(2)

　　K为轴的径向刚度.

　　②偏心质量对应的惯性离心力F1:

　　F₁=m_偏(X₀+e)ω²(3)

　　③转子的惯性离心力:

　　F₂=m_转X₀ω²(4)

　　④液体的偏心惯性力F3:

　　F₃=πR²HρX₀ω²=m_dX₀ω²　X₀≤R-r 　　(5)

　　式中md相当于回转腔内装满液体时的液体质量.

　　由力系平衡方程

　　∑F=0

　　即:-KX₀+m_偏(X₀+e)ω²+m转X0ω²+mdX₀ω²=0 　　(6)