關(guān)于一種高效軸用柔性連接裝置的設(shè)計與研究

李欣迪 李美祺 于詩涵 張博 劉美鈺 劉舒暢 孫儀萱 徐飛 龔麗娟

【摘 要】本文作者設(shè)計了一種高效軸用柔性連接裝置，即一種基于液力阻尼的柔性聯(lián)軸器，并對這種聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)進行了研究和優(yōu)化，解決了重載傳動和耐重載交變載荷沖擊的問題。這種聯(lián)軸器主要由母殼體、公殼體、端面密封環(huán)、左鎖緊環(huán)、右鎖緊環(huán)、殼體空腔中的液體等組成，它可以承受重載沖擊和重載交變載荷的作用，適用于一切輕載和重載的場所，特別擅長于用在重載沖擊載荷、重載交變載荷、重載正反向交變載荷的場所。

【關(guān)鍵詞】液力阻尼;柔性;軸用連接裝置;傳動舌

1.項目的研究和意義

聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件[1]。聯(lián)軸器分剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器將兩個部分用螺栓緊固，這樣的安裝要求同心度極高，稍有誤差，機械就會震動。而且剛性材料沖擊力強、傳動不平穩(wěn)[2]。此外，剛性連接由于摩擦而產(chǎn)生高溫使器件壽命大大降低。

剛性聯(lián)軸器一般不適用于有沖擊和交變載荷的場所，在有沖擊和交變載荷的場所柔性聯(lián)軸器比較能夠勝任。但是，目前的柔性聯(lián)軸器一般采用彈性固體材料或零件來承受這種沖擊載荷，這種聯(lián)軸器不能承受重載沖擊和重載交變載荷的作用。

為解決這些問題，本文作者設(shè)計了一種基于液力阻尼的柔性聯(lián)軸器。它可以承受重載沖擊和重載交變載荷的作用，適用于一切輕載和重載的場所，特別擅長于用在重載沖擊載荷、重載交變載荷、重載正反向交變載荷的場所。

2.軸用連接裝置的國內(nèi)外研究動態(tài)及應(yīng)用現(xiàn)狀

我國聯(lián)軸器工業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量和技術(shù)等方面都得到了長足的發(fā)展，進步也非常大。但世界先進水平相比，還是有一定的差距[3]。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔聯(lián)軸器每年仍需大量進口。在總量供不應(yīng)求的同時，一些低檔聯(lián)軸器卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中檔聯(lián)軸器也有供過于求的趨勢。

國內(nèi)外主要研究方向針對柔性連接器的材料和制作方法的方向進行研究[4]，研發(fā)很少，品種單一。也有學者提出多型柔性連接器設(shè)計，可有效的減小結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、方便，更換維護的柔性連接器。

目前，聯(lián)軸器產(chǎn)業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，同時帶來更多的機會[5]。由于我國聯(lián)軸器以中低檔產(chǎn)品為主，產(chǎn)品價格優(yōu)勢明顯，有些甚至只有國外產(chǎn)品價格的1/3-1/5，甚至是1/10。加入WTO后，國外同類產(chǎn)品對國內(nèi)沖擊不大，而我國中低檔聯(lián)軸器的出口量則加大，隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)及制造能力的不斷提升，行業(yè)進口替代趨勢明顯，優(yōu)勢企業(yè)不斷取代國外企業(yè)市場份額[6]。

3液力阻尼柔性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)設(shè)計

本液力阻尼柔性聯(lián)軸器的裝配結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，此連軸器分左右2個殼體，即母殼體和公殼體，此兩個殼體通過一對傳動舌和傳動舌孔匹配安裝，由于位于母殼體上的舌孔比位于公殼體上的公殼體橫截面大，當公殼體上的傳動舌插入母殼體舌孔中時，在每個母殼體的舌孔空腔中都形成兩個舌孔空腔。裝配時采用對中裝配，這樣保證了每個舌孔空腔的形狀和容積相等，每個舌孔空腔中通過母殼體上的多個注油嘴注入足夠的等量流體用于傳遞扭矩。

母殼體的外周靠近連接端面處設(shè)有母殼體表面強化區(qū)，母殼體表面強化區(qū)靠近連接端面一周設(shè)有多個凸起的母殼體鎖緊凸臺，母殼體表面強化區(qū)表面靠緊母殼體鎖緊凸臺還套設(shè)有左鎖緊環(huán)。公殼體的外周靠近連接端面處也設(shè)有公殼體表面強化區(qū)，公殼體表面強化區(qū)靠近連接端面一周也設(shè)有公殼體鎖緊凸臺，公殼體表面強化區(qū)表面靠緊公殼體鎖緊凸臺還套設(shè)有右鎖緊環(huán)。

母殼體與公殼體連接端面之間安裝有端面密封環(huán)。母殼體的外周設(shè)有通往母殼體舌孔的注油嘴安裝孔和排氣塞安裝孔，分別用于安裝注油嘴和排氣塞，母殼體的外周表面還設(shè)有母殼體定位螺釘孔，用于旋入定位螺釘對母殼體進行定位。

公殼體傳動舌的端面開設(shè)有傳動舌端面密封槽，傳動舌端面密封槽內(nèi)嵌入端面密封條，公殼體傳動舌的外表面沿軸向開設(shè)有軸向傳動舌外圓面密封槽，公殼體傳動舌的內(nèi)表面沿軸向開設(shè)有傳動舌內(nèi)圓面密封槽，傳動舌外圓面密封槽與傳動舌內(nèi)圓面密封槽內(nèi)嵌入內(nèi)外圓柱面密封條，公殼體的外周表面還設(shè)有公殼體定位螺釘孔，用于旋入定位螺釘對公殼體進行定位。

左鎖緊環(huán)的端面設(shè)有凸起的左鎖緊環(huán)限位凸鍵，左鎖緊環(huán)限位凸鍵的軸向有通透的螺栓孔，右鎖緊環(huán)的徑向端面對應(yīng)位置設(shè)有凸起的右鎖緊環(huán)限位凸鍵，右鎖緊環(huán)限位凸鍵的軸向有通透的螺栓孔，用于旋入螺栓，將左鎖緊環(huán)與右鎖緊環(huán)緊密連接，同時母殼體、端面密封環(huán)和公殼體，實現(xiàn)接觸面密封。

4工作原理說明

母殼體連軸孔和公殼體連軸孔分別通過鍵或花鍵或脹緊套與傳動軸相連接，當一側(cè)傳動軸主動產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動時，此側(cè)的連軸器殼體會跟隨產(chǎn)生同向轉(zhuǎn)動，此側(cè)的連軸器殼體會通過舌孔空腔內(nèi)的流體向另一側(cè)的連軸器殼體傳遞扭矩，帶動另一側(cè)的連軸器殼體和軸轉(zhuǎn)動。當兩側(cè)的連軸器殼體產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動角度較大時，會觸發(fā)左右兩側(cè)的連軸器殼體上的鎖緊凸臺分別頂住左、右鎖緊環(huán)上的限位凸鍵，此時，柔性傳遞扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂詡鬟f扭矩。

這種液力阻尼柔性聯(lián)軸器允許兩側(cè)的連軸器殼體有較小的相對轉(zhuǎn)動，當兩側(cè)的連軸器殼體有較小的相對轉(zhuǎn)動時，左鎖緊環(huán)和右鎖緊環(huán)相對于母殼體和公殼體外圓處的表面強化區(qū)和鎖緊凸臺產(chǎn)生相對滑動摩擦，由于左鎖緊環(huán)和右鎖緊環(huán)采用自潤滑耐磨材質(zhì)，摩擦阻力很小，磨損可以忽略不計。

5技術(shù)創(chuàng)新點及市場前景分析

本文的液力阻尼柔性聯(lián)軸器靠舌孔空腔內(nèi)的流體傳遞扭矩，流體可承受巨大的壓強，具備柔性緩沖的能力，不怕交變載荷，所以可以傳遞大扭矩、交變載荷和正反向交變載荷，可以用在重載的場合和有交變載荷的場合。它以流體作為傳遞扭矩和緩沖的介質(zhì)，磨損小，壽命長，又具備過載保護，減緩了傳統(tǒng)剛性連接所帶來的沖擊震動，傳動不平穩(wěn)等缺陷。這種液力阻尼柔性聯(lián)軸器裝置應(yīng)用廣泛，市場潛力巨大，具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]任曉麗等.柔性連接器可靠性研究，科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力[J].2014，（10）.

[2]宋恒等.超大型浮體柔性連接器疲勞強度研究，江蘇科技大學[J].2018.

[3]祁恩榮等.超大型浮體柔性連接器疲勞強度模型試驗，船舶力學.2017，（11）.

[4]封濤等.一種導管柔性連接器[P].中國航空專利中心.2018.

[5]歐陽緒禾.一種新式混凝土輸送泵柔性連接裝置[J].設(shè)計制造，2002.

[6]吳建財，夏天，馬君，周玉峰.柔性連接動力輸出裝置的校核[J]，2014.