一種抗扭式模塊化聯(lián)軸器的研究

路 偉，毛 磊

（中船重工第710研究所，湖北 宜昌443003）

聯(lián)軸器的功能是用于聯(lián)接兩軸或從主動(dòng)軸向從動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。聯(lián)軸器可起保險(xiǎn)作用，防止機(jī)構(gòu)過(guò)載損壞設(shè)備，或用作自動(dòng)接通、脫開(kāi)主從動(dòng)軸的用途。聯(lián)軸器的使用已覆蓋至各行各業(yè)。然而盡管其種類(lèi)繁多，但在實(shí)際應(yīng)用和選型時(shí)還存有諸多不便。因?yàn)橄嗤脑O(shè)備使用條件不同，對(duì)器件的性能要求就不同，因而在實(shí)際工程上選擇聯(lián)軸器前，通常須經(jīng)過(guò)繁瑣的理論計(jì)算分析后，才能確定所用聯(lián)軸器的型號(hào)，但從已形成標(biāo)準(zhǔn)系列的聯(lián)軸器型號(hào)來(lái)看還是難以滿足使用需求的，特別是在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段還應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證其合理性。為此，作為從事這一行業(yè)的工程技術(shù)人員就有必要探索、設(shè)計(jì)制造出一種新型的組合式聯(lián)軸器，以滿足實(shí)際工程技術(shù)上的需求。

1 設(shè)計(jì)要求

要求設(shè)計(jì)出的聯(lián)軸器工作可靠，在過(guò)載情況下能自動(dòng)斷開(kāi)且不損壞設(shè)備，同時(shí)具備以下特性：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，能承受一定的沖擊載荷；2）在裝配與工作過(guò)程中可補(bǔ)償兩運(yùn)動(dòng)軸間的誤差。

2 裝置組成及功能

一種抗扭式模塊化聯(lián)軸器組裝完成后的結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1，其制造原理是利用金屬?gòu)椥约陨砭哂幸欢ǖ膹椥约翱古まD(zhuǎn)能力來(lái)傳遞能量，因而該聯(lián)軸器裝配于兩運(yùn)動(dòng)軸或用于主動(dòng)軸向從動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的軸系上時(shí)，允許主、從動(dòng)軸的軸線存有一定的位置偏差，裝配要求低，具備活動(dòng)和彈性聯(lián)軸器的功能［1］；同時(shí)采用了承力鋼球的連接方式，主軸套與從動(dòng)軸套之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向亦有一定量的變動(dòng)，且將彈性扭簧包容在軸套內(nèi)部，起到保護(hù)彈性扭簧的作用。

圖1 結(jié)構(gòu)組裝圖

圖2 主、從軸套的向視圖

3 設(shè)計(jì)說(shuō)明

為滿足性能要求，在工作過(guò)程中確?？古ぢ?lián)軸器主從動(dòng)軸正反運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能均勻受力，且在過(guò)載情況下能自動(dòng)斷開(kāi)而不損壞設(shè)備，采用的設(shè)計(jì)思路是全包容式結(jié)構(gòu)，即將承力構(gòu)件或易出現(xiàn)斷裂的器件安裝在封閉的構(gòu)件內(nèi)。具體設(shè)計(jì)方法是：選用高性能彈性金屬材料制作承力構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)成八字型扭簧結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)主動(dòng)軸由順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向切換至逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)，起承力作用的八字形扭簧上所承受到的扭力是相同的，僅是受力方向發(fā)生變化［2］。需注意的是：如將八字形扭簧設(shè)計(jì)成一體結(jié)構(gòu)，則圖2所示A處所指的孔應(yīng)設(shè)計(jì)成腰形孔；如將扭簧設(shè)計(jì)成單體式，由兩件配合組成八字形結(jié)構(gòu)時(shí)，圖2所示A處所指的孔應(yīng)設(shè)計(jì)成兩個(gè)圓形孔。為提高承力件的使用壽命，預(yù)防構(gòu)件在裝配或使用時(shí)損傷，在主、從軸套上裝配八字形扭簧的端面位置上，分別開(kāi)有呈八字形的腰形槽，兩構(gòu)件對(duì)接后形成的槽深之尺寸不大于扭簧所用鋼絲的截面直徑，其他尺寸與扭簧相應(yīng)，結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1、圖2。為降低裝配時(shí)的工藝要求，將軸套上安裝扭簧的孔設(shè)計(jì)成喇叭口狀，且為圓弧過(guò)渡。這樣設(shè)計(jì)的目的一是較小承力扭簧在裝配過(guò)程中不受外界作用力的影響［2］；二是減小銳邊對(duì)扭簧的作用力；三是將承力扭簧安裝在主從軸套內(nèi)，形成全封閉結(jié)構(gòu)，可防止扭簧斷裂后飛出傷人。為保證主從軸套間的連接強(qiáng)度及裝配時(shí)的精度要求，在主軸套與從動(dòng)軸套相配合的大徑外圓上加工有半圓形溝槽，同樣在從動(dòng)軸套相對(duì)應(yīng)的內(nèi)環(huán)上也設(shè)有半圓形的溝槽，兩軸套對(duì)接后形成的環(huán)狀圓形溝槽尺寸必須與承力鋼球的外形尺寸相配，這樣既可將主從軸套牢固地連接在一起，又確保了主從軸套間有一定的位置活動(dòng)量，補(bǔ)償裝配時(shí)帶來(lái)的不大裝配誤差，同時(shí)亦可補(bǔ)償軸線有一定的偏移量的誤差［3］。為便于承力鋼球的安裝，在從動(dòng)軸套上的半圓形溝槽正上方開(kāi)有螺紋通孔，其尺寸略大于承力鋼球的直徑，這樣可將鋼球順利裝入由主從軸套形成的環(huán)形槽內(nèi)，然后用固定銷(xiāo)封裝，以確保工作時(shí)承力鋼球不會(huì)從環(huán)形槽內(nèi)滑出。

由于該彈性聯(lián)軸器具有上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以可依據(jù)實(shí)際使用工況的要求，組合成結(jié)構(gòu)相同而性能指標(biāo)不同的彈性聯(lián)軸器，其實(shí)施方法是用模塊化的設(shè)計(jì)方法，即選用不同材質(zhì)的金屬制作成不同剛度和強(qiáng)度的八字形彈性扭簧，或選用性能指標(biāo)相同但配以不同數(shù)量扭簧組成不同性能指標(biāo)的聯(lián)軸器。為保證裝配完成后的聯(lián)軸器具有在一定范圍內(nèi)的位移活動(dòng)量，除上述方法外還需說(shuō)明的一點(diǎn)是將固定銷(xiāo)的頭部設(shè)計(jì)成半球頭形，其尺寸與承力鋼球的直徑相同，裝配到位后，應(yīng)與主軸套的半圓形溝槽底部有一定量的間隙，以達(dá)到其運(yùn)動(dòng)時(shí)的靈活性要求［3］。

4 結(jié)束語(yǔ)

該抗扭式模塊化聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，且能承受一定的沖擊載荷作用，確保被保護(hù)的設(shè)備不受損壞，同是還具備以下特點(diǎn)：

1）利用彈性扭簧自身的彈性和恢復(fù)力，結(jié)合結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使其具有一定的浮動(dòng)性能，在工作過(guò)程中可補(bǔ)償兩運(yùn)動(dòng)軸不大的裝配誤差；

2）采用了承力鋼球的連接方式，使兩軸套之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，且在軸向亦有一定量的變動(dòng)，同時(shí)將彈性扭簧包容在軸套內(nèi)部；

3）選取不同彈性模量的材料，制成外形尺寸相同，剛度不同的扭簧即可組成不同的聯(lián)軸器，拓寬了該構(gòu)件的適用范圍。

［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第1卷）［M］.第四版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］ 楊榮柏.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版，1988.

［3］ 貝伊爾R.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合［M］.陳兆雄譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，1987.