机械及电磁载荷交互影响联轴器叠片变形的机理研究

The larger or smaller stiffness of coupling lamination of diesel generator set will lead to over vibration or high "rubbing" of a generator, the main reason of which is due to an unclarified design theory in this field. In particular, the effect of the unilateral magnetic pulling force of the generator rotator on the laminated deformation of the coupler is not considered under the operation of the generator set. By employing classical mechanic theories, computational simulation and Maxwell electromagnetic theory, the influences of the mechanical loads and electromagnetic loads on the elastic deformation of the lamination are analyzed. Here, the mechanical loads include the generator torque, the loads caused by the gravity force, centrifugal force and acceleration of the motor rotator, and the additional loads caused by misalignment of the diesel generator set. The electromagnetic load is caused by the unilateral magnetic pulling force of generator rotator. Furthermore, the interaction influences of these two factors on the elastic deformation of the lamination are investigated. At the same time, it is testified whether the theory is correct or not through an analysis of the test data from the vibration of the generator set with different stiffness of laminated coupling, and the design method and principle to guarantee the optimal stiffness value of the laminated coupling of the diesel generator sets is obtained too. The relevant results can provide some practical theory basis to design stiffness of coupling lamination of the diesel generator set.

柴油发电机组联轴器叠片刚度设计得偏大或偏小，都会导致机组运行时发电机振动超标或“碰摩”事故。而导致事故的最主要原因是没有该电源领域设计联轴器叠片最佳刚度的指导理论，特别是没有考虑机组运行时的电机单边磁拉力对联轴器叠片变形的影响。课题组拟用经典力学理论、计算仿真、Maxwell电磁场理论，首先分析机组机械类载荷（机组扭矩，电机转子的重力、离心力、加速度引起的附加载荷，机组不对中度引起的附加载荷）、发电机转子单边磁拉力引起的电磁载荷这两大类载荷分别影响叠片（组）弹性变形的规律；然后揭示这两大类载荷交互综合影响叠片（组）弹性变形的机理；再通过试验，分析不同刚度的叠片联轴器在同一种类型和规格的柴油发电机组上运行的振动数据，探讨、验证理论研究的正确度，最后确定柴油发电机组联轴器叠片最佳刚度范围的设计方法和原则，从而为柴油发电机组电源领域里的联轴器叠片的刚度设计提供一些实用的理论方法。

柴油发电机组目前仍然是我国舰船、移动战车、机场、电信等领域常用的移动电源及备用电源之一。叠片联轴器是目前最常用的把柴油机、发电机连接成发电机组的重要部件。然而，迄今为止，无论是在国内的柴油发电机组生产基地还是在相关的学术网络上，均看不到公开的详细的关于柴油发电机组领域使用的叠片联轴器设计计算公式，因此国内相关企业在研究设计新型柴油发电机时，往往只有通过大量的试验来确定叠片联轴器的结构尺寸参数等，费时费成本。. 本课题采用动力学、电磁学、摩擦学及接触力学等经典力学理论，结合有限元分析及试验，在论证发电机电磁方案、散热系统、定转子防碰摩等主要结构设计正确的前提下，着重分析了发电机组运行时其运行状态、单边磁拉力对叠片联轴器传递扭矩的影响机理。推导出了柴油发电机组领域使用的叠片联轴器连接螺栓直径及叠片刚度主要参数（厚度）的理论计算公式；通过实例说明了这些理论公式的使用方法。用几片不锈钢板风叶代替了传统的整个铸铝风扇，有效地缩短了发电机的轴向长度，有利于防止发电机运行时发生转子与定子碰摩的严重事故，减少了发电机非标零件的数量，减少了发电机转轴、前端盖等零件的材料使用量和机械加工量。. 本课题共发表论文6篇（其中EI检索3篇）。申请发明专利4项（其中授权2项），申请实用新型专利授权4项；一项发明专利技术已经在江西省移动电源高新技术企业转化应用两年多。其中一些研究及应用成果已经和企业联合申请2022年江西省技术发明奖。. 研究及试验得出的柴油发电机组叠片联轴器连接螺栓直径及叠片厚度计算公式，对柴油发电机组领域的叠片联轴器设计具有实用的理论指导作用。研究及试验得出的在叠片联轴器轴套上安装几片不锈钢板风叶代替发电机传统的整个铸铝风扇成果，对柴油发电机有效缩短轴向长度、提升运行的稳定性、缩短制造周期、降低制造成本及保护环境都具有实用的理论指导意义。