第一章 緒 論
§1.1 齒輪聯(lián)軸器簡(jiǎn)介
齒輪聯(lián)軸器是一種可移式聯(lián)軸器，通常由四個(gè)部分組成，如圖1.la，，1.lb 所示，它包含兩個(gè)半聯(lián)軸器，每個(gè)半聯(lián)軸器又由內(nèi)齒圈、外齒軸套（以下簡(jiǎn)稱外
齒套）組成。應(yīng)用這種聯(lián)軸器聯(lián)接兩個(gè)軸段時(shí)，每根軸上裝有一個(gè)半聯(lián)軸器，把兩個(gè)軸端對(duì)到一起，用螺栓將內(nèi)齒圈牢靠的連接起來（CL 型）；或者采用中間浮動(dòng)軸將兩個(gè)半聯(lián)軸器的外齒輪連接起來（CLZ 型），起到聯(lián)接和傳遞扭矩作用。
齒輪聯(lián)軸器的分類：一般按齒形分，當(dāng)外齒軸套在工作圓切平面內(nèi)的齒形是直線時(shí)稱為直齒聯(lián)軸器；當(dāng)外齒軸套在工作圓切平面內(nèi)的齒形是鼓形時(shí)稱為鼓形齒聯(lián)軸器，另外還有其它分類方法。由于鼓形齒輪聯(lián)軸器對(duì)安裝誤差不敏感在使用中內(nèi)外齒輪允許較大的偏心（其偏心主要有以下三種形式圖1.2a 、1.2b 、1.2c ) ，因此應(yīng)用比較廣泛。本文主要對(duì)鼓形齒輪聯(lián)軸器的特性進(jìn)行研究。
齒輪聯(lián)軸器的應(yīng)用：目前齒輪聯(lián)軸器主要應(yīng)用于以下設(shè)備中：
離心泵、傳遞機(jī)、振蕩器、鼓風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、攪拌機(jī)、水泵、壓氣機(jī)、煉鋼及輔助設(shè)備、起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、小型機(jī)械等。本言語主要針對(duì)DH型透平壓縮機(jī)齒輪聯(lián)軸器軸系時(shí)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算和分析。
§1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
齒輪聯(lián)軸器作為回轉(zhuǎn)機(jī)械的重要組成部分，不僅起到聯(lián)接兩個(gè)軸段，傳遞扭矩的作用而且還可以補(bǔ)償安裝，制造誤差和熱變形，與其它聯(lián)軸器相比，具有體積小傳遞扭矩大等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但另一方面由于中間浮動(dòng)體、齒面磨擦及齒輪聯(lián)軸器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在傳遞扭矩的過程中發(fā)生各種振動(dòng)和磨損，特別是在高速回轉(zhuǎn)的情況下振動(dòng)磨損更加嚴(yán)重，這給從事齒輪聯(lián)軸器研究的工作者提出了大量的課題。目前對(duì)齒輪聯(lián)軸器的研究主要集中在以下向個(gè)方面：
1.齒輪聯(lián)軸器的齒面嚙合分析和負(fù)荷分配
這是進(jìn)行齒輪聯(lián)軸器研究的基礎(chǔ)。從事此項(xiàng)研究的工作者，一般從齒面的方程或近似齒面幾何形狀出發(fā)，利用解析方法、幾何方法、概率統(tǒng)計(jì)方法對(duì)齒輪聯(lián)軸器在無載荷或輕載情況下，齒面嚙合間隙、嚙合位置和最小間隙進(jìn)行了計(jì)算；為了計(jì)算齒面的負(fù)荷分布，對(duì)齒輪聯(lián)軸器進(jìn)行了各種形式的�；褐袓u等人把齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒嚙合齒對(duì)模化為一簡(jiǎn)單的彈簧；文獻(xiàn)考慮了齒輪本身的誤差對(duì)載荷分布的影響，把齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒作為兩個(gè)矩形齒齒條處理；土居良規(guī)等人則在齒輪花鍵軸載荷分布的計(jì)算中，把輪齒進(jìn)行了片狀離散化，把每對(duì)齒看成由一系列的彈簧組成，并根據(jù)以上模型對(duì)齒輪聯(lián)軸器載荷分布進(jìn)行了計(jì)算，從而對(duì)聯(lián)軸器破壞磨損等原因進(jìn)行了有益的探索。
2 ．齒輪聯(lián)軸器的靜力學(xué)分析
文獻(xiàn)用幾何、解析等方法對(duì)齒輪聯(lián)細(xì)器的靜力學(xué)進(jìn)行了分析；其中文獻(xiàn)對(duì)齒輪聯(lián)軸器徑向剛度和彎曲剛度等靜特性進(jìn)行了分析計(jì)算，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明齒輪聯(lián)軸器的徑向剛度較大、而轉(zhuǎn)角剛度較小，但文中只分別計(jì)算討論了徑向剛度隨徑向位移的關(guān)系、轉(zhuǎn)角剛度隨轉(zhuǎn)角位移的關(guān)系，而沒有討論徑向和轉(zhuǎn)角是否存在一定耦合關(guān)系，也沒有討論扭轉(zhuǎn)與徑向和轉(zhuǎn)角之間的耦合關(guān)系，文獻(xiàn)則考慮了在一定的轉(zhuǎn)角位移下齒輪聯(lián)軸器的受力狀況。
3 ．齒輪聯(lián)軸器的振動(dòng)分析
由于齒輪聯(lián)軸器的存在，使軸系的振動(dòng)加劇，因此許多專業(yè)技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了研究。其中文獻(xiàn)對(duì)齒輪聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行了分析研究，主要利用傅立葉級(jí)數(shù)解法，以間隙、阻尼、激振力為參數(shù)，對(duì)齒輪聯(lián)軸器連接軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行了非線性分析；則對(duì)齒輪聯(lián)軸器連接軸系的軸向振動(dòng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，并定性地說明產(chǎn)生軸向振動(dòng)的主要原因，指出軸向振動(dòng)主要是由于不對(duì)中和齒面的摩擦力所引起的，當(dāng)沒有軸向恢復(fù)力或推力軸承時(shí)將發(fā)生較大的軸向竄動(dòng)。文獻(xiàn)則通過對(duì)高速回轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)、送風(fēng)機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)齒輪聯(lián)軸器引起的彎曲振動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說明；文獻(xiàn)在不平衡量、潤(rùn)滑條件、間隙、誤差、負(fù)荷等不同的參數(shù)條件下對(duì)齒輪聯(lián)軸器連接軸系進(jìn)行了彎曲振動(dòng)試驗(yàn)；另外山內(nèi)和染谷等人對(duì)齒面在干摩擦力作用下對(duì)半聯(lián)軸器系統(tǒng)的彎曲振動(dòng)進(jìn)行了非線性分析，文中指出齒輪聯(lián)軸器的振動(dòng)主要與內(nèi)外齒輪不對(duì)中和齒面摩擦有關(guān)，在高速回轉(zhuǎn)的情況下要特別注意齒面的潤(rùn)滑。文獻(xiàn)lz3 ] 對(duì)齒輪聯(lián)軸器聯(lián)接的軸系的自激振動(dòng)進(jìn)行了較系統(tǒng)的總結(jié)，提出引起自激振動(dòng)主要原因來自：a)：齒輪聯(lián)軸器剛度的非線性；b)：齒面的摩擦力；c)：內(nèi)外齒輪的不對(duì)中及中間浮動(dòng)體的特殊結(jié)構(gòu)。
隨著齒輪聯(lián)軸器應(yīng)用的日益廣泛，對(duì)齒輪聯(lián)軸器傳動(dòng)和制造精度提出了更高的要求，特別是齒輪聯(lián)軸器越來越多地被應(yīng)用到高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，因此對(duì)齒輪聯(lián)軸器的振動(dòng)特性研究也必將更加深入。
§1.3 課題來源
本課題來源于某工程應(yīng)用研究“雙軸型透平壓縮機(jī)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析”。圖1.3 是DH 型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。在G 軸與電機(jī)軸之間采用齒輪聯(lián)軸器聯(lián)接。本文主要對(duì)圖1.3 虛線部分，G 軸、電機(jī)軸、齒輪聯(lián)軸器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行討論
§1.4 選題目的和本文主要工作
§1.4.1 選題目的
在對(duì)軸系穩(wěn)定性分析過程中，對(duì)構(gòu)成軸系的諸多零件如：轉(zhuǎn)子、支承、軸承、密封及基礎(chǔ)都作過深入的研究，但往往忽視聯(lián)軸器的作用，例如在計(jì)算和分析DH 這類機(jī)組時(shí)一般忽略齒輪聯(lián)軸器和電機(jī)軸對(duì)系統(tǒng)的影響，這不能充分反映DH型壓縮機(jī)這類齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，直觀地講分跨轉(zhuǎn)子正是依賴多個(gè)聯(lián)軸器才得以構(gòu)成大型軸系的，齒輪聯(lián)軸器的耦合效應(yīng)不僅會(huì)影響到系統(tǒng)的固有頻率、還影響到系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性，所以對(duì)此類軸系的分析，必須充分考慮齒輪聯(lián)軸器的作用，才能保證轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的合理和可靠。從某種意義上講聯(lián)軸器的耦合效應(yīng)更為重要。因此本文對(duì)齒輪聯(lián)軸器-軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)于分析指導(dǎo)DH 型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行以及提高機(jī)組可靠性，具有十分重要的工程實(shí)際意義。
另外從以往的研究來看，對(duì)這類軸系的研究只偏重于某一個(gè)方面，或是單純的彎曲振動(dòng)、或是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，而對(duì)齒輪聯(lián)軸器在軸系的彎扭耦合振動(dòng)研究很少。
本文針對(duì)上述問題，對(duì)齒輪聯(lián)軸器在軸系中的耦合效應(yīng)及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響等進(jìn)行分析討論。
§1.4.2 本文主要工作
結(jié)合工程實(shí)際課題，本文主要作了以下工作：
第一章 緒論，回顧齒輪聯(lián)軸器研究的現(xiàn)狀，介紹本文研究課題的來源及所作工作。
第二章從鼓形齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒齒面方程出發(fā)，對(duì)其嚙合間隙、嚙合位置、等間隙曲線進(jìn)行了三維數(shù)值分析，并與Heinz 計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了比較。
第三章由嚙合特點(diǎn)對(duì)齒輪聯(lián)軸器力學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，并據(jù)此模型對(duì)齒輪聯(lián)軸器進(jìn)行了力學(xué)分析，推導(dǎo)齒輪聯(lián)軸器附加力、附加力矩方程，并在穩(wěn)態(tài)情況下對(duì)剛度進(jìn)行線性化處理；隨后用數(shù)值的方法對(duì)其的附加力、附加力矩和齒輪聯(lián)軸器的折合剛度進(jìn)行計(jì)算。本文還推導(dǎo)了齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒面相對(duì)速度公式及齒面間存在干摩擦情況下的平衡方程，計(jì)算了摩擦力對(duì)齒輪附加力，附加力矩的影響。為了驗(yàn)證理論推導(dǎo)，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)裝置，對(duì)鼓形齒及直齒聯(lián)軸器附加力，附加力矩進(jìn)行了試驗(yàn)和測(cè)試，與理論計(jì)算進(jìn)行了比較。
第四章 在上一章基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)齒輪聯(lián)軸器連接的軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了研究，把�；蟮凝X輪聯(lián)軸器的剛度與軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相結(jié)合，利用集總質(zhì)量法對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行離散化處理，建立了齒輪聯(lián)軸器彎扭耦合振動(dòng)方程；列出整個(gè)軸系固有頻率方程。
第五章為了說明齒輪聯(lián)軸器在軸系中的耦合效應(yīng)，首先對(duì)半齒輪聯(lián)軸器連接的剛支轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析，比較了耦合前和耦合后兩種情況下系統(tǒng)的特征值和特征向量的變化，計(jì)算結(jié)果表明：耦合后系統(tǒng)出現(xiàn)了新的頻率和振型，即彎扭耦合頻率和振型；文中還比較了齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒輪對(duì)中和不對(duì)中兩種情況下的特征值和振型，說明了齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒相對(duì)偏心（轉(zhuǎn)角、徑向），是造成齒輪聯(lián)軸器連接軸系彎扭耦合的主要原因。
最后對(duì)某實(shí)際DH型透平壓縮機(jī)齒輪聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)計(jì)算和分析，對(duì)于考慮齒輪聯(lián)軸器兩種情況下對(duì)系統(tǒng)的特征值、穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析，說明齒輪聯(lián)軸器的耦合效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)固有頻率和穩(wěn)定性的影響。
第六章結(jié)論，對(duì)前而后工作進(jìn)行總結(jié)歸納結(jié)論。
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