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2.6 弹性联轴器的动态特性
2.6.1 刚度
联轴器的刚度可分为径向刚度、轴同刚度和扭转刚度（图2.17）。由于载荷变化多数以扭矩转动形式出现，由此引起的振动也是以扭转振动为主，所以联轴器最主要的刚度是扭转刚度。
轴向刚度以产生轴向单位长度拉伸或压缩的力表示。形如下式：
式中F—联轴器所受的轴向载荷N
ΔL—联轴器轴向长度的改变量m
径问刚度以产生径向单位长度抬升或下沉的力表示。形如下式
式中W—联轴器所受的轴向载荷N
f—联轴器轴向长度的改变量m
扭转刚度以产生单位扭转变形所需的扭矩表示。通常，由于传动轴系中其他零件的刚度都比弹性联轴器的刚度大得多，所以，为了简化起见，其他零件的弹性可以略去不计，仅考虑联轴器的弹性，并根据这一情况以联轴器的刚度作为传动轴系的刚度。刚度可用下式表示：
式中T—联轴器传递的扭矩N·mm
φ—在扭矩T作用下两半联轴器的相对扭转角rad
常用的弹性联轴器的扭转刚度为常量，称为等刚度联轴器，即两半联轴器相对扭转角随扭矩的增大而线性增大，如下图2.18中的曲线l为等刚度弹性联轴器的扭矩和转角之间的关系。弹性联轴器的刚度也可以是变化的，称为变刚度联轴器，也就是非线性刚度。如下图曲线2所示。变刚度弹性联轴器适用于有强烈振动的转轴系，当轴系接近发生共振时，刚度随扭矩的增大而增大，改变转动轴系固有频率和振动频率之间的关系，就能避开共振。
由于橡胶的负荷-形变曲线是非线性的，因此，它的静态刚度和动态刚度是不相同的。也就是说，在各种不同条件下，橡胶联轴器的动态扭转刚度和静态扭转刚度各不相同，所以掌握其在不同条件下的动态特性很重要。
2.6.2 阻尼
联轴器的阻尼作用是由零件之间的摩擦（如板弹簧）或非金属元件材料的内部摩擦（如橡胶）产生的。弹性联轴器在传递不稳定扭矩过程中，弹性元件的接触表面上产生磨擦外。同时在弹性元件内部还存在内摩擦，用油或脂润滑的联轴器还会产生液体的粘性摩擦，这些摩擦都将吸收一部分动能，我们称为阻尼作用。
阻尼作用可以实现缓冲和衰减振动。联轴器的阻尼性能可以用阻尼系数来表示，它是每一次循环中产生的阻尼Wd和存储在联轴器弹性元件中的变形能Wf之比，即：
在振动运动微分方程中，粘滞阻尼系数用γ表示，它与阻尼系数的关系是
式中C—联轴器扭转刚度N·mm/rad
f—振动频率或者扭动力矩变化频率1/s
联轴器的阻尼作用如图2.19所示，联轴器在工作过程中，加载和卸载的特性线不重合，所包围的面积，OAB就代表阻尼所消耗的能量。
联轴器传递变扭矩时，阻尼系数越大，由于摩擦所消耗的能量就越多，反之，阻尼越小，消耗的动能也就越少。
2.6.3 橡胶元件动态特性的影响因素
由于橡胶的负荷-形变曲线是非线性的，因此，它的静态刚度和动态刚度是不相同的。也就是说，在各种不同条件下，橡胶联轴节的动态扭转刚度和动态扭转刚度各不相同，所以掌握其在不同条件下的动态特性很重要。
橡胶元件的扭转刚度和阻尼特性随以下因素而变化:
(l）温度
动态刚度与阻尼系数随着温度的变化有着极其相似的变化率。若以温度30℃时的刚度值C30Td为标准，那么在其他温度时
式中Stc—温度修正系数
阻尼系数修正公式为
(2）振动频率
动态扭转刚度系数和阻尼系数的频率特性曲线相当平稳，认为动态特性与频率无关。因外文献报道。硫化橡胶动态弹性系数在200Hz以下几乎与频率无关，德四VULKAN公司将样本值动态扭转刚度试验试验频率指定为10Hz，也是因为这个原因。
(3)强度
通常控制硬度的方法是控制橡胶中的炭黑。如果降低橡胶的刚度，动态扭转刚度和阻尼系数按同比例下降。将橡胶硬度从邵氏A型60度降到55度。动态扭转刚度随之降低26.2%，动态阻尼系数同时随之损失了27.0％。
(4)振幅或平均扭矩和变动扭矩（图2.20)
设动倍率为弹性联轴器动态扭转刚度和静态扭转刚度的比值，扭转振幅（变动扭矩）越小，动倍率就越大，扭转振幅（变动扭矩）越大，动倍率就超小。
另外，值得注意的是橡胶中加帘布对阻尼的影响是很明显的
据此，我们推断，橡胶弹性联轴器在工作环境温度高，传递变动扭矩大的发动机动力时，其扭转刚度的动倍率在1.3-1.5之间。在以后的计算中，考虑到各个影响因素．动倍率设定为1.4。
2.6.4 弹性联轴器扭振减振原理
现假设联轴器主动侧作用有稳定转矩分量To和按简谐规律变化的扰动转矩分量Td1sinwt,通过建立扭振微分方程，经运算后可得联轴器所受的谐振扭矩为：
式中I1,I2—主动轴，从动轴的等效转动惯量N·m·S2
α—相位角rad
Kd—动力放大系数
式中C—联轴器扭转刚度N·m/rad
γ—联轴器粘滞阻尼系数N·m·s/rad
ω——扰动扭矩的频率1/s
轴系固有频率
式中Ip——综合转动惯量n·m·s2
当sin(wt+α)=1时，谐振转矩Td2达到最大值
由上式可知：经联轴器传递振动转矩的振幅，主要与动力放大系数Kd和主、从动部分的转动惯量I1,I2有关：
（1）当扰动转矩作用一侧的转动惯量大于另一侧的转动惯量时，即I1I2时，可以减小扰动转矩的振幅；反之，则效果不明显。
(2）动力放大系数Kd对振动转矩振幅的影啊，与阻尼系数γ、频率比 等有关。当阻尼系数γ一定时，振动转矩的振幅仅与轴系的固有频率f有关，即与联轴器的刚度C有关：由单自由度系统的简谐强迫振动相关理论可知，只有动力放大系数Kd＜1时，弹性联轴器才能起到减振作用。由上面的分析可知，Kd随着扭转刚度C的减小而线性减小。
(3）在扭转刚度C一定时，Kd随着扰动频率ω的增大而减小，扰动频率与联轴器输入转速n有关，使得Kd随着联轴器输入转速n增长而降低。
2.7联轴器的应用
为了满足各种机器的不同工作要求，就要根据实际工作情况采用不同型式的联轴
器。
在各种动力装置（特别是重要的柴油机动力装置）中，如舰船的动力装置、柴油发动机组、压缩机组、柴油机试验台架等工作条件下大量使用高弹性橡胶连轴器，尤其是在车辆动力传动系统中，在动力系统与传动系统之间使用弹性联轴器，位置如图2.21。
一般中、小功率的压缩机采用弹性联轴器比较多，如弹性圆柱销联轴器、尼龙柱销联轴器：大型的对称平衡型中、高压压缩机（如合成氨厂的氢氖压缩机），其功率大，转速低，一般由同步电机直接传动，电机轴与压缩机曲铀采用凸缘联轴器，转速高的压缩机也有采用齿轮联轴器的。通风机在用联轴器传动时，中、小型的离心鼓风机常用弹性联轴器，如弹性圆柱销联轴器、尼龙柱销联轴器等。大功率的则采用齿轮联轴器。离心式压缩机一般采用齿轮联轴器、齿式无键联轴器。
泵是应用最为广泛的化工机器之一。中、小型泵一般采用弹性联轴器。大功率的轴流泵、水轮泵常常以同步电机作为原动机，采用凸缘联轴器联接传动。转速较高的大功率泵采用齿轮联轴器比较多。离心式泵中输送的介质为小颗粒的悬浮液时大多采用弹性联轴器：如果离心式泵输送介质为大颗粒的悬浮液时，一般用皮带传动。高速离心泵近年来在化工装置中得到广泛的应用，泵的转速大于500Or/min以上时，一般选用托马斯弹性联轴器，大功率的高速离心泵选用齿式联轴器时，所选联轴器应经过动平衡检验。
离心机与电动机间多采用直联传动或皮带传动。如上悬式离心机的主轴通过离心摩擦离合器与电动机抽直联传动，卧式刮刀卸料离心机、卧式活塞推料离心机、卧式螺旋卸料离心机、立式离心力卸料离心机、管式高速离心机、高速分离机等离心机，一般在转鼓一端装有皮带轮，通过三角皮带将电动机的扭矩传递结转鼓。由于离心机在分离过程中容易发生过载，所以在传动方式上要考虑过载保护的问题，近年来一些大、中型的离心机广泛采用液力联轴器进行传动，由于液力联轴器能减小起动时的冲击与振动、隔离扭转振动、防止动力过载，因此它比皮带传动来得优越。也有的采用销钉式或摩擦式安全联轴器。
化工生产中应用的主要输送机器有胶带输送机、刮板输送机、螺旋输送机、斗式提升机等。这些输送机器常用的传动方式为电动机通过皮带与减速机的高速轴相连，低速轴通过弹性联轴器与输送设备的传动主轴联接；也有的是在电机侧选用弹性联轴器，而在输送设备则是皮带传动；常用的弹性联轴器有：弹性圆柱销联轴器、轮胎联轴器、尼龙柱消联轴器等。有的运输机械不选用皮带传动，而用扭矩限制型联铀器，以防止动力过载。对于机身校长、惯性很大、起动时冲击比较大的胶带输送机、刮板输送机，选用延充式或阀控式液力联轴器比较合适。
化工生产中应用的搅拌机经常采用夹壳式联铀器，回转式干燥器、破碎机、球磨机等机械设备。近年来广泛采用液力联轴器进行传动。大型的锅炉给水泵采用调速型液力联轴器，因这种联轴器调节流量的性能好，又能降低动力消耗。尿素装置中的高压甲氨泵是大型的柱塞泵，为了适应工艺要求的流量变化，这种泵就采用液力变矩器。
液力联轴器广泛应用于矿山、冶金、机械等行业。由于其具有优良的起动、保护等性能而倍受欢迎。在煤炭行业，更发挥了其独特作用保护着设备的正常运和煤炭的安全生产。
另外，对于装有机械密封、浮环密封的离心泵或离心压缩机等设备，考虑到密封结构的拆装方便，经常采用在两个半联轴器中间加设一个间隔套筒，如齿式联轴器、隔筒式联轴器等联轴器。这样，由于轴端距的增加，在拆装密封结构时不需要移动设备。在大型的透平压缩机上，考虑联轴器轮毂的快速拆装，用高压油拆装的齿式无键联轴器开始获得广泛使用。
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