小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張旭東

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器對(duì)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸同軸度、重量以及換向和變速時(shí)要求傳動(dòng)軸不能受到?jīng)_擊力等方面有著更高的要求。為進(jìn)一步滿足小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)減重、簡(jiǎn)潔、可靠、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，提供了一種小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器設(shè)計(jì)方案并應(yīng)用。有效的解決了主動(dòng)軸和從動(dòng)軸同軸度、機(jī)構(gòu)重量和在換向與變速時(shí)傳動(dòng)軸不能受到?jīng)_擊力的要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī);設(shè)計(jì)

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(jī)械系統(tǒng)中的一類(lèi)通用部件，可用于把來(lái)自不同機(jī)構(gòu)的軸聯(lián)接起來(lái)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(dòng)軸與從動(dòng)軸或者主動(dòng)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(lèi)。剛性聯(lián)軸器不具有緩沖性和補(bǔ)償兩軸線相對(duì)位移的能力，要求兩軸嚴(yán)格對(duì)中，但此類(lèi)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，裝拆、維護(hù)方便，能保證兩軸有較高的對(duì)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(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器和有彈性元件撓性聯(lián)軸器。無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器具有撓性即具有補(bǔ)償兩軸線相對(duì)位移的能力，故可補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。但因無(wú)彈性元件，所以不能緩沖減振，常見(jiàn)的有滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、萬(wàn)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(bǔ)償兩軸線相對(duì)位移的能力外，還具有緩沖和減振作用，彈性元件所能儲(chǔ)蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的緩沖能力愈強(qiáng)，彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時(shí)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(qiáng)度的限制，一般不及無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器，常見(jiàn)的有彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、彈性柱銷(xiāo)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(shí)際的工況中，難免會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闄C(jī)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(huì)使主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的同心度發(fā)生變化，為了保證軸系系統(tǒng)能平穩(wěn)運(yùn)行，就需聯(lián)軸器在傳遞動(dòng)力的同時(shí)具有一定的徑向、角向和軸向的補(bǔ)償能力，才能保證機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命，提升機(jī)械的性能[2]。聯(lián)軸器是航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的關(guān)鍵部件，它的補(bǔ)償能力、動(dòng)力特性等與機(jī)器安全運(yùn)轉(zhuǎn)密切相關(guān)。

為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本文提供了一種小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器設(shè)計(jì)方案[3-6]，該方案結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、合理，連接牢靠，提高了聯(lián)軸器可靠性，通過(guò)環(huán)形緩沖環(huán)卡接主動(dòng)軸和從動(dòng)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(jì)

為了解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器（圖1）。該聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)包括二個(gè)分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)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(gè)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(xiāo)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(tái)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(duì)應(yīng)的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的安裝孔，其或?yàn)橹笨?、或?yàn)殄F孔，視發(fā)動(dòng)機(jī)及其相連接機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)而不同。同時(shí)，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(gè)對(duì)稱(chēng)的減輕孔和四個(gè)功能孔，其中有同一直徑線上的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)位置的減輕孔設(shè)置有內(nèi)螺紋，以備不同需求，另二個(gè)減輕孔則為通孔。

前半聯(lián)軸器的法蘭上有四個(gè)功能性的錐孔，該錐孔用于安裝銷(xiāo)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(gè)功能孔，但四個(gè)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(duì)接時(shí)緩沖環(huán)4的置入。

每個(gè)銷(xiāo)軸5上安裝有4個(gè)緩沖環(huán)4，如圖4所示，形成緩沖環(huán)軸，銷(xiāo)軸5通過(guò)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(guò)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(zhǔn)確與穩(wěn)固，達(dá)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(dòng)效率。

使用時(shí)，后半聯(lián)軸器6通過(guò)平鍵直接與被動(dòng)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(xiāo)軸5之后，通過(guò)平鍵直接與主動(dòng)軸即發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸連接。上述各項(xiàng)安裝到位后，使緩沖環(huán)軸插入后半聯(lián)軸器6對(duì)應(yīng)的四個(gè)安裝孔中，緩沖環(huán)軸的塑膠外徑與其安裝孔為過(guò)盈配合，安裝時(shí)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(dòng)機(jī)聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)如圖5所示。

2? 聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)

按照上述設(shè)計(jì)方案，制造出了小型活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器，如圖6所示。前、后聯(lián)軸器分別連接了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和發(fā)電機(jī)主軸，最后將前、后聯(lián)軸器連接后即可實(shí)現(xiàn)將發(fā)動(dòng)機(jī)本體與發(fā)電機(jī)部件進(jìn)行對(duì)接的功能。

3? 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并制造了一種小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)軸和從動(dòng)軸的安裝孔，大徑孔為銷(xiāo)軸插入孔;銷(xiāo)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(guò)自鎖螺母和彈性墊圈鎖緊，另一端插入后半聯(lián)軸器對(duì)應(yīng)位置的小徑通孔中，且為過(guò)盈配合。該設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、合理，連接牢靠，提高了聯(lián)軸器可靠性，通過(guò)環(huán)形緩沖環(huán)卡接主動(dòng)軸和從動(dòng)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(dòng)軸和從動(dòng)軸同軸度、機(jī)構(gòu)重量和在換向與變速時(shí)傳動(dòng)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(xiàn)：

[1]宋海霞.淺談聯(lián)軸器的性能和在玻璃機(jī)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(qiáng)度和動(dòng)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(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組編.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）/中冊(cè)[M].冶金工業(yè)出版社，1982.

[4]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)/上冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1979.

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

[6]王三民.機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.