第一章 緒 論
§1.1 齒輪聯軸器簡介
齒輪聯軸器是一種可移式聯軸器，通常由四個部分組成，如圖1.la，，1.lb 所示，它包含兩個半聯軸器，每個半聯軸器又由內齒圈、外齒軸套（以下簡稱外
齒套）組成。應用這種聯軸器聯接兩個軸段時，每根軸上裝有一個半聯軸器，把兩個軸端對到一起，用螺栓將內齒圈牢靠的連接起來（CL 型）；或者采用中間浮動軸將兩個半聯軸器的外齒輪連接起來（CLZ 型），起到聯接和傳遞扭矩作用。
齒輪聯軸器的分類：一般按齒形分，當外齒軸套在工作圓切平面內的齒形是直線時稱為直齒聯軸器；當外齒軸套在工作圓切平面內的齒形是鼓形時稱為鼓形齒聯軸器，另外還有其它分類方法。由于鼓形齒輪聯軸器對安裝誤差不敏感在使用中內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 ) ，因此應用比較廣泛。本文主要對鼓形齒輪聯軸器的特性進行研究。
齒輪聯軸器的應用：目前齒輪聯軸器主要應用于以下設備中：
離心泵、傳遞機、振蕩器、鼓風機、發(fā)電機、壓縮機、攪拌機、水泵、壓氣機、煉鋼及輔助設備、起重機、卷揚機、小型機械等。本言語主要針對DH型透平壓縮機齒輪聯軸器軸系時行動力學計算和分析。
§1.2 國內外研究現狀
齒輪聯軸器作為回轉機械的重要組成部分，不僅起到聯接兩個軸段，傳遞扭矩的作用而且還可以補償安裝，制造誤差和熱變形，與其它聯軸器相比，具有體積小傳遞扭矩大等特點而被廣泛應用。但另一方面由于中間浮動體、齒面磨擦及齒輪聯軸器本身結構特點，在傳遞扭矩的過程中發(fā)生各種振動和磨損，特別是在高速回轉的情況下振動磨損更加嚴重，這給從事齒輪聯軸器研究的工作者提出了大量的課題。目前對齒輪聯軸器的研究主要集中在以下向個方面：
1.齒輪聯軸器的齒面嚙合分析和負荷分配
這是進行齒輪聯軸器研究的基礎。從事此項研究的工作者，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)計方法對齒輪聯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行了計算；為了計算齒面的負荷分布，對齒輪聯軸器進行了各種形式的模化：中島等人把齒輪聯軸器內外齒嚙合齒對�；癁橐缓唵蔚膹椈桑晃墨I考慮了齒輪本身的誤差對載荷分布的影響，把齒輪聯軸器內外齒作為兩個矩形齒齒條處理；土居良規(guī)等人則在齒輪花鍵軸載荷分布的計算中，把輪齒進行了片狀離散化，把每對齒看成由一系列的彈簧組成，并根據以上模型對齒輪聯軸器載荷分布進行了計算，從而對聯軸器破壞磨損等原因進行了有益的探索。
2 ．齒輪聯軸器的靜力學分析
文獻用幾何、解析等方法對齒輪聯細器的靜力學進行了分析；其中文獻對齒輪聯軸器徑向剛度和彎曲剛度等靜特性進行了分析計算，并進行了試驗研究，結果表明齒輪聯軸器的徑向剛度較大、而轉角剛度較小，但文中只分別計算討論了徑向剛度隨徑向位移的關系、轉角剛度隨轉角位移的關系，而沒有討論徑向和轉角是否存在一定耦合關系，也沒有討論扭轉與徑向和轉角之間的耦合關系，文獻則考慮了在一定的轉角位移下齒輪聯軸器的受力狀況。
3 ．齒輪聯軸器的振動分析
由于齒輪聯軸器的存在，使軸系的振動加劇，因此許多專業(yè)技術人員對此進行了研究。其中文獻對齒輪聯軸器的扭轉振動進行了分析研究，主要利用傅立葉級數解法，以間隙、阻尼、激振力為參數，對齒輪聯軸器連接軸系的扭轉振動進行了非線性分析；則對齒輪聯軸器連接軸系的軸向振動進行了大量的試驗，并定性地說明產生軸向振動的主要原因，指出軸向振動主要是由于不對中和齒面的摩擦力所引起的，當沒有軸向恢復力或推力軸承時將發(fā)生較大的軸向竄動。文獻則通過對高速回轉的汽輪發(fā)電機、送風機進行了試驗，對齒輪聯軸器引起的彎曲振動進行了簡要的說明；文獻在不平衡量、潤滑條件、間隙、誤差、負荷等不同的參數條件下對齒輪聯軸器連接軸系進行了彎曲振動試驗；另外山內和染谷等人對齒面在干摩擦力作用下對半聯軸器系統(tǒng)的彎曲振動進行了非線性分析，文中指出齒輪聯軸器的振動主要與內外齒輪不對中和齒面摩擦有關，在高速回轉的情況下要特別注意齒面的潤滑。文獻lz3 ] 對齒輪聯軸器聯接的軸系的自激振動進行了較系統(tǒng)的總結，提出引起自激振動主要原因來自：a)：齒輪聯軸器剛度的非線性；b)：齒面的摩擦力；c)：內外齒輪的不對中及中間浮動體的特殊結構。
隨著齒輪聯軸器應用的日益廣泛，對齒輪聯軸器傳動和制造精度提出了更高的要求，特別是齒輪聯軸器越來越多地被應用到高速轉子系統(tǒng)中，因此對齒輪聯軸器的振動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用研究“雙軸型透平壓縮機軸承轉子系統(tǒng)動力學分析”。圖1.3 是DH 型壓縮機轉子系統(tǒng)。在G 軸與電機軸之間采用齒輪聯軸器聯接。本文主要對圖1.3 虛線部分，G 軸、電機軸、齒輪聯軸器轉子系統(tǒng)進行討論
§1.4 選題目的和本文主要工作
§1.4.1 選題目的
在對軸系穩(wěn)定性分析過程中，對構成軸系的諸多零件如：轉子、支承、軸承、密封及基礎都作過深入的研究，但往往忽視聯軸器的作用，例如在計算和分析DH 這類機組時一般忽略齒輪聯軸器和電機軸對系統(tǒng)的影響，這不能充分反映DH型壓縮機這類齒輪轉子系統(tǒng)的動力學特性，直觀地講分跨轉子正是依賴多個聯軸器才得以構成大型軸系的，齒輪聯軸器的耦合效應不僅會影響到系統(tǒng)的固有頻率、還影響到系統(tǒng)的臨界轉速和穩(wěn)定性，所以對此類軸系的分析，必須充分考慮齒輪聯軸器的作用，才能保證轉子系統(tǒng)動力學設計的合理和可靠。從某種意義上講聯軸器的耦合效應更為重要。因此本文對齒輪聯軸器-軸承-轉子系統(tǒng)進行動力學分析，對于分析指導DH 型壓縮機轉子系統(tǒng)設計、制造、安裝和運行以及提高機組可靠性，具有十分重要的工程實際意義。
另外從以往的研究來看，對這類軸系的研究只偏重于某一個方面，或是單純的彎曲振動、或是扭轉振動，而對齒輪聯軸器在軸系的彎扭耦合振動研究很少。
本文針對上述問題，對齒輪聯軸器在軸系中的耦合效應及對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響等進行分析討論。
§1.4.2 本文主要工作
結合工程實際課題，本文主要作了以下工作：
第一章 緒論，回顧齒輪聯軸器研究的現狀，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軸器內外齒齒面方程出發(fā)，對其嚙合間隙、嚙合位置、等間隙曲線進行了三維數值分析，并與Heinz 計算的結果進行了比較。
第三章由嚙合特點對齒輪聯軸器力學模型進行簡化，并據此模型對齒輪聯軸器進行了力學分析，推導齒輪聯軸器附加力、附加力矩方程，并在穩(wěn)態(tài)情況下對剛度進行線性化處理；隨后用數值的方法對其的附加力、附加力矩和齒輪聯軸器的折合剛度進行計算。本文還推導了齒輪聯軸器內外齒面相對速度公式及齒面間存在干摩擦情況下的平衡方程，計算了摩擦力對齒輪附加力，附加力矩的影響。為了驗證理論推導，設計了試驗裝置，對鼓形齒及直齒聯軸器附加力，附加力矩進行了試驗和測試，與理論計算進行了比較。
第四章 在上一章基礎上進一步對齒輪聯軸器連接的軸承-轉子系統(tǒng)進行了研究，把模化后的齒輪聯軸器的剛度與軸承-轉子系統(tǒng)相結合，利用集總質量法對轉子系統(tǒng)進行離散化處理，建立了齒輪聯軸器彎扭耦合振動方程；列出整個軸系固有頻率方程。
第五章為了說明齒輪聯軸器在軸系中的耦合效應，首先對半齒輪聯軸器連接的剛支轉子系統(tǒng)進行了模態(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，計算結果表明：耦合后系統(tǒng)出現了新的頻率和振型，即彎扭耦合頻率和振型；文中還比較了齒輪聯軸器內外齒輪對中和不對中兩種情況下的特征值和振型，說明了齒輪聯軸器內外齒相對偏心（轉角、徑向），是造成齒輪聯軸器連接軸系彎扭耦合的主要原因。
最后對某實際DH型透平壓縮機齒輪聯軸器聯接轉子系統(tǒng)進行了動力學計算和分析，對于考慮齒輪聯軸器兩種情況下對系統(tǒng)的特征值、穩(wěn)定性進行了計算分析，說明齒輪聯軸器的耦合效應對系統(tǒng)固有頻率和穩(wěn)定性的影響。
第六章結論，對前而后工作進行總結歸納結論。
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