船用万向联轴器-减速齿轮箱传动系统的动力学仿真分析.pdf

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1、·１６·造船技术２０１０年第６期（总第２９８期）船用万向联轴器—减速齿轮箱传动系统的动力学仿真分析王艳国，周瑞平，徐翔（武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉４３００６３）最大值随折角变化的变化规律，有助于了解整个传提要分析了船用十字轴可伸缩式万向联轴器动系统的工作性能，为传动系统的进一步设计开发的结构特点及运动规律。利用ＣＡＤ软件Ｐｒｏ／Ｅ和机提供了理论基础。械系统动力学仿真软件ＡＤＡＭＳ对万向联轴器—减速齿轮箱传动系统进行了多体动力学仿真分析，研究其２万向联轴器的结构特点分析速度、角加速度、惯性力偶矩以及

2、相关受力随机构运转船用十字轴可伸缩式双万向联轴器是由两个十的变化规律。分析了万向联轴器不同的折角对减速齿字轴式万向联轴器和中间轴位移补偿机构组成，主轮箱的大齿轮两轴承受力的影响，以及两轴承在旋转要零部件有，主动轴，从动轴，十字轴（２个），中间轴一周内的受力最大值随折角变化的变化规律。关键词船用万向联轴器减速齿轮箱１，中间轴２，传扭滑块（６个）等，如图１所示。动力学仿真中图分类号Ｕ６６４文献标识码Ａ１引言在运输过程中船舶受外力作用船体会产生变形，使尾轴中心线发生偏差（特别是小型船舶其刚度较弱），轴线的偏差将增

3、大轴与轴承间的磨损，同时增大全船的振动和噪音。万向联轴器挠性连接有一图１船用十字轴可伸缩式双万向联轴器定的轴线自动对中作用，同时为主机利用一些有效的减振措施创造条件，使船舶的振动和噪音有所改善，为此，越来越多的工程船舶上采用了万向联轴器，并取得了较好的效果。十字轴式双万向联轴器用于联接轴线相交的两轴，以传递运动和扭矩，并且能在两轴线夹角发生变化时，保证所联接两轴连续１．主动轴，２．中间轴，３．从动轴回转，可靠地传递扭矩。图２万向联轴器的机构简图研究对象大转矩万向联轴器为船用十字轴可伸该万向联轴器的机构简图如

4、图２所示。十字轴缩式双万向联轴器，中间轴的非匀速转动会产生较万向联轴器主动轴转角１、中间轴转角２与从动轴大的惯性力偶矩，且位移补偿机构采用六个传扭滑转角３之间的关系为块传递扭矩，因此万向联轴器的运动情况和受力情ｔａｎ２＝ｔａｎ１ｃｏｓα１况比较复杂。为研究万向联轴器工作时的运行情况，了解万向联轴器的工作性能，有必要对万向联轴ｔａｎ２＝ｔａｎ３ｃｏｓα３（１）器进行多体系统动力学仿真。同时，万向联轴器在ｔａｎ３＝ｃｏｓα１（３）ｔａｎ１ｃｏｓα３推进轴系中常直接与减速齿轮箱相连接，通过对万式

5、中α———主动轴与中间轴之间的夹角，１向联轴器—减速齿轮箱传动系统进行动力学仿真，α３———为中间轴与从动轴之间的夹角。分析万向联轴器的不同折角对减速齿轮箱的大齿轮式（１）对时间狋求导，得到主动轴与中间轴的角轴承受力的影响，以及两轴承在旋转一周内的受力速度ω、ω之间的关系为１２ｃｏｓα１作者简介：王艳国（１９８５－），男，硕士研究生。ω２＝２２ω１（３）１－ｓｉｎα１·ｃｏｓ１王艳国，等：船用万向联轴器—减速齿轮箱传动系统的动力学仿真分析·１７·设主动轴做匀速转动，即ｄω１／ｄ狋＝０。式（３）对表２减速齿

6、轮箱的主要参数时间狋再求导，可得中间轴的角加速度ε为２重量减震块自然减震块垂向减震块横向减震块纵向ｄω２２ｓｉｎα１ｓｉｎ２α１ｓｉｎ２１（ｔ）高度（ｍｍ）刚度（Ｎ／ｍ）刚度（Ｎ／ｍ）刚度（Ｎ／ｍ）ε２＝＝－ω１２２２（４）ｄ狋２（１－ｓｉｎα１ｃｏｓ１）７６６１４１００２×１０２×１０２×１０由式（２）知，当α１＝α３时，双万向联轴器的输出轴转速与输入轴转速一致。由式（３）和式（４）可见，３．２动力学仿真物理模型若α，中间轴的角速度和角加速度作周期性变１≠０３．２．１三维实体模型的格式转换及坐标系的定

7、义化，当角速度ω及轴间夹角α比较大时，必然会使１１ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ／Ｐｒｏ是ＭＤＩ公司开发的连接三中间轴角加速度过大，产生较大的惯性力偶矩，增大维实体建模软件Ｐｒｏ／Ｅ与机械系统动力学仿真分析了附加动载荷，从而引起扭转振动，且轴线间夹角愈软件ＡＤＡＭＳ的接口模块。利用ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ／大，引起的扭转振动愈大。中间轴的动态性能会直Ｐｒｏ接口工具对三维实体模型转换格式，定义动力接影响到万向联轴器的正常工作，因此有必要对万学仿真时所需要的局部坐标系和构件坐标系（ｍａｒ向联轴器进行动力学仿真分析。ｋｅｒ点），

8、为之后的约束副定义和将三维实体模型转换为机械系统模型作准备。３动力学仿真模型的建立３．２．２定义约束副３．１三维实体模型的建立根据万向联轴器的实际约束及运转情况，建立根据ＡｕｔｏＣＡＤ图纸及相关几何参数，利用机械系统约束副，见表３。万向联轴器的动力学仿Ｐｒｏ／Ｅ软件分别建立该万向联轴器和减速齿轮箱的真物理模型如图５所示。三维实体模型，如图３和图４所示。十字轴式双万向联轴器及减速齿轮箱的主要参数分别见表１和表３万向