弹性联轴器是机械传动系统中一种重要的轴系连接装置,不但能传递运动和扭矩,还具有缓冲、减振和提高轴系综合动态性能的作用,广泛应用于汽车、舰船、风力发电等领域。目前多数弹性联轴器由于所采用弹性元件性能的不足,在应用过程中存在一定缺陷。如金属弹性联轴器成本高、隔振能力弱,非金属弹性联轴器强度低、寿命短等。为此,本文采用两头焊接钢丝绳圈作为弹性单元设计了一种综合性能优良的新型钢丝绳弹性联轴器,并通过结构和加载简化对其钢丝绳弹性阻尼元件进行了动态特性试验研究,为该联轴器的动态扭振特性和动力学设计及优化打下基础。本文研究主要包括以下五个方面:①根据弹性联轴器的工作原理,采用自底向上的设计方法依次完成新型钢丝绳弹性联轴器的弹性元件、弹性机构和总体结构设计,利用钢丝绳圈兼有的金属材料和非金属材料的优点以及承受动态径向拉压载荷时的非线性刚度和非线性阻尼迟滞特性,使该联轴器具有强度高、疲劳寿命长、能补偿轴系间复合位移不对中的优点和宽频带隔振的能力。②采用空间坐标变换理论和微分几何原理推导了钢丝绳圈中各丝中心线的方程并建立了钢丝绳圈的三维实体模型,为联轴器的刚度和阻尼的理论研究和静动态仿真提供依据。③基于联轴器的工作原理,分析钢丝绳圈的受力情况,通过结构和加载方式的简化,对联轴器弹性阻尼元件进行了动态特性试验研究,从内部结构出发研究该联轴器的动态扭振特性。试验结果表明弹性阻尼元件具有明显的非线性刚度和非线性阻尼迟滞特性,恢复力-位移迟滞回线与加载振幅和钢丝绳圈个数有关,而与加载频率无关。④基于试验数据建立了一种描述联轴器弹性阻尼元件动态特性的非线性刚度Bouc-Wen模型,并采用两阶段法对模型中各参数进行了辨识,模型验证结果表明试验曲线与模型拟合曲线吻合很好,拟合精度较高。⑤利用所建模型预测了由弹性阻尼元件所组成的隔振系统的动态响应,通过系统运动方程的建立,采用Runge-Kutta法求解得到了系统的响应幅频曲线,进一步验证了弹性阻尼元件的非线性隔振特性。
