万向铰传动偏斜轴系横向振动的主共振分析

冯昌林,朱拥勇,王德石

(海军工程大学兵器工程系,湖北 武汉 430033)

0 引 言

偏斜轴系在各种舰艇机械结构中广泛存在,考虑用万向铰(万向联轴器)运动约束描述一类轴系的偏斜。由于万向铰的运动传输特性,即使在主动轴转速和输入力矩恒定的定常工况下,从动轴依然表现出波动的转速,承受波动的传递弯矩和轴向转矩的作用,从而引起轴系的非线性振动[1]。1958年,Rosenberg曾采取具有集中转子质量的均匀无质量弹性轴模型对万向铰传动的旋转轴的横向振动稳定性进行过研究[2],得到了偏斜角导致的各种亚临界失稳条件,研究成果至今仍得到学术界的普遍重视。结果同时表明,振动的稳定性依赖于传递力矩的幅度。T.Iwatsubo与M.Saigo,研究了弹性支撑下的有非跟随力矩作用的刚性轴,将几何约束处理为0偏斜角度,即类似于直轴,而考虑万向铰约束下的运动波动,给出了力矩表达式,发现了参数失稳和颤振型失稳;并在广义坐标的选择方法上,给出了万向铰驱动轴横向振动的Euler坐标描述方法[3]。与此同时,H.Ota,M.Kato与H.Sugita等发表了2部研究报告[4-5],导出了万向铰约束中的波动力(力矩),研究了约束激励下的横向强迫振动机理与规律,给出了特征参数的实验研究结果。其后,又进一步考虑了摩擦[6],将轴系中的从动轴考虑为无质量、偏心且对称的转子,将轴柔性处理为集中刚度,研究了参数共振问题,得到主轴转速接近于扭转、或者横向固有频率的偶数倍时,产生参数共振。尽管由于研究过程中做了较多假设,还存在进一步的待研究空间,Rosenberg[2]与T.Iwatsubo[3]的工作仍然成为研究万向铰传动轴系横向振动与稳定性的经典成果,对本文的模型研究也具有参考价值。……