張旭東

摘要：發(fā)動機聯(lián)軸器對主動軸和從動軸同軸度、重量以及換向和變速時要求傳動軸不能受到?jīng)_擊力等方面有著更高的要求。為進一步滿足小型航空發(fā)動機減重、簡潔、可靠、經(jīng)濟的發(fā)展要求，提供了一種小型航空發(fā)動機聯(lián)軸器設(shè)計方案并應(yīng)用。有效的解決了主動軸和從動軸同軸度、機構(gòu)重量和在換向與變速時傳動軸不能受到?jīng)_擊力的要求，結(jié)構(gòu)簡單，消除了換向間隙，提高聯(lián)軸器的使用壽命和可靠性，并降低了制造成本。

關(guān)鍵詞：聯(lián)軸器;發(fā)動機;設(shè)計

Abstract： The engine coupling has higher requirements on coaxiality， weight of driving shaft and driven shaft， as well as the requirement that the transmission shaft should not be impacted when reversing and changing speed. In order to meet the development requirements of small aero-engine such as weight reduction， simplicity， reliability and economy， a design scheme of coupling for small aero-engine is provided and applied. It effectively solves the requirements of coaxiality of driving shaft and driven shaft， weight of mechanism and transmission shaft can not be impacted when reversing and changing speed. The structure is simple， eliminates the reversing clearance， improves the service life and reliability of coupling， and reduces the manufacturing cost.

Key words： coupling;engine;design

0? 引言

聯(lián)軸器是機械系統(tǒng)中的一類通用部件，可用于把來自不同機構(gòu)的軸聯(lián)接起來并傳遞扭矩令其共同旋轉(zhuǎn)。聯(lián)軸器的兩端一般有安裝邊或者相應(yīng)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。常用于聯(lián)接主動軸與從動軸或者主動軸和回轉(zhuǎn)件，傳遞扭矩、功率及轉(zhuǎn)速。

聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類。剛性聯(lián)軸器不具有緩沖性和補償兩軸線相對位移的能力，要求兩軸嚴格對中，但此類聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，裝拆、維護方便，能保證兩軸有較高的對中性，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，應(yīng)用廣泛。常用的有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器和夾殼聯(lián)軸器等。

撓性聯(lián)軸器又可分為無彈性元件撓性聯(lián)軸器和有彈性元件撓性聯(lián)軸器。無彈性元件撓性聯(lián)軸器具有撓性即具有補償兩軸線相對位移的能力，故可補償兩軸的相對位移。但因無彈性元件，所以不能緩沖減振，常見的有滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器和鏈條聯(lián)軸器等。有彈性元件撓性聯(lián)軸器因含有彈性元件，除具有補償兩軸線相對位移的能力外，還具有緩沖和減振作用，彈性元件所能儲蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的緩沖能力愈強，彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時零件間的摩擦功愈大、則聯(lián)軸器的減振能力愈好。但傳遞的轉(zhuǎn)矩因受到彈性元件強度的限制，一般不及無彈性元件撓性聯(lián)軸器，常見的有彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器和簧片聯(lián)軸器等[1]。

在實際的工況中，難免會出現(xiàn)因為機械加工精度、部件熱膨脹、部件受力彎曲等情況，這些情況的產(chǎn)生會使主動軸與從動軸的同心度發(fā)生變化，為了保證軸系系統(tǒng)能平穩(wěn)運行，就需聯(lián)軸器在傳遞動力的同時具有一定的徑向、角向和軸向的補償能力，才能保證機械系統(tǒng)的設(shè)計使用壽命，提升機械的性能[2]。聯(lián)軸器是航空發(fā)動機傳動的關(guān)鍵部件，它的補償能力、動力特性等與機器安全運轉(zhuǎn)密切相關(guān)。

為了克服上述技術(shù)問題，本文提供了一種小型航空發(fā)動機聯(lián)軸器設(shè)計方案[3-6]，該方案結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、合理，連接牢靠，提高了聯(lián)軸器可靠性，通過環(huán)形緩沖環(huán)卡接主動軸和從動軸，使正反向間隙為零，提高了效率，消除了沖擊。

1? 聯(lián)軸器設(shè)計

為了解決上述問題，設(shè)計了一種小型航空發(fā)動機聯(lián)軸器（圖1）。該聯(lián)軸器機構(gòu)包括二個分別與主動軸和從動軸相連接的前、后半聯(lián)軸器為主體的前后單元，以及附著于其上的各個組成件，具體組成件為：1-前半聯(lián)軸器、2-自鎖螺母、3-彈性墊圈、4-緩沖環(huán)、5-銷軸、6-后半聯(lián)軸器。

前半聯(lián)軸器1與后半聯(lián)軸器6均為法蘭式軸結(jié)構(gòu)，其中心內(nèi)孔為帶有鍵槽的臺階通孔，該孔直徑較大部分為結(jié)構(gòu)減輕孔，孔直徑較小且?guī)фI槽部分是與其對應(yīng)的主動軸和從動軸的安裝孔，其或為直孔、或為錐孔，視發(fā)動機及其相連接機構(gòu)的結(jié)構(gòu)而不同。同時，在前半聯(lián)軸器1與后半聯(lián)軸器6法蘭之上各設(shè)置有四個對稱的減輕孔和四個功能孔，其中有同一直徑線上的兩個對稱位置的減輕孔設(shè)置有內(nèi)螺紋，以備不同需求，另二個減輕孔則為通孔。

前半聯(lián)軸器的法蘭上有四個功能性的錐孔，該錐孔用于安裝銷軸5。所有錐孔分布于90°等分的同一圓周之上，如圖2所示。

與前半聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)相似，后半聯(lián)軸器法蘭上也有四個功能孔，但四個孔為直孔，所有直孔分布于90°等分的同一圓周之上，如圖3所示，該孔用于聯(lián)軸器對接時緩沖環(huán)4的置入。

每個銷軸5上安裝有4個緩沖環(huán)4，如圖4所示，形成緩沖環(huán)軸，銷軸5通過其外錐面與前半聯(lián)軸器1法蘭上四錐孔安裝于前半聯(lián)軸器1之上，并通過自鎖螺母2和彈性墊圈3緊固。錐面連接方式保證了定位準確與穩(wěn)固，達到規(guī)定擰緊力矩的自鎖螺母保證了連接的可靠。緩沖環(huán)4材質(zhì)為耐油耐壓復(fù)合塑膠模壓成型，耐用不變形，且能保證緩沖效果而不影響傳動效率。

使用時，后半聯(lián)軸器6通過平鍵直接與被動軸連接，前半聯(lián)軸器1安裝好自鎖螺母2、彈性墊圈3、緩沖環(huán)4、銷軸5之后，通過平鍵直接與主動軸即發(fā)動機輸出軸連接。上述各項安裝到位后，使緩沖環(huán)軸插入后半聯(lián)軸器6對應(yīng)的四個安裝孔中，緩沖環(huán)軸的塑膠外徑與其安裝孔為過盈配合，安裝時使得塑膠材料的緩沖環(huán)4外徑壓縮以適應(yīng)安裝孔，從而確保了主、從軸換向間隙為零，且又為軟連接。整套小型航空發(fā)動機聯(lián)軸器機構(gòu)如圖5所示。

2? 聯(lián)軸器實現(xiàn)

按照上述設(shè)計方案，制造出了小型活塞式發(fā)動機聯(lián)軸器，如圖6所示。前、后聯(lián)軸器分別連接了發(fā)動機曲軸和發(fā)電機主軸，最后將前、后聯(lián)軸器連接后即可實現(xiàn)將發(fā)動機本體與發(fā)電機部件進行對接的功能。

3? 結(jié)論

本文設(shè)計并制造了一種小型航空發(fā)動機聯(lián)軸器。其中前半聯(lián)軸器和后半聯(lián)軸器的法蘭上周向均布有兩種不同內(nèi)徑的若干通孔，且為間隔分布;小徑通孔為主動軸和從動軸的安裝孔，大徑孔為銷軸插入孔;銷軸上套有若干緩沖環(huán)，一端插入前半聯(lián)軸器大徑孔后，通過自鎖螺母和彈性墊圈鎖緊，另一端插入后半聯(lián)軸器對應(yīng)位置的小徑通孔中，且為過盈配合。該設(shè)計方案結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、合理，連接牢靠，提高了聯(lián)軸器可靠性，通過環(huán)形緩沖環(huán)卡接主動軸和從動軸，使正反向間隙為零，提高了效率，消除了沖擊，有效的解決了主動軸和從動軸同軸度、機構(gòu)重量和在換向與變速時傳動軸不能受到?jīng)_擊力的要求，有效的消除了換向間隙，提高聯(lián)軸器的使用壽命和可靠性，并降低了制造成本。

參考文獻：

[1]宋海霞.淺談聯(lián)軸器的性能和在玻璃機械上的應(yīng)用[J].玻璃，2009（7）：13-16.

[2]姚宏飛.弓形彈簧彈性聯(lián)軸器強度和動力特性分析[C].南京航空航天大學(xué)，2017：1.

[3]東北工學(xué)院《機械零件設(shè)計手冊》編寫組編.機械零件設(shè)計手冊（第二版）/中冊[M].冶金工業(yè)出版社，1982.

[4]機械設(shè)計手冊聯(lián)合編寫組編.機械設(shè)計手冊/上冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1979.

[5]濮良貴，紀名剛主編.機械設(shè)計（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[6]王三民.機械設(shè)計計算手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.