關于一種高效軸用柔性連接裝置的設計與研究

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軸器，并對這種聯軸器的結構進行了研究和優化，解決了重載傳動和耐重載交變載荷沖擊的問題。這種聯軸器主要由母殼體、公殼體、端面密封環、左鎖緊環、右鎖緊環、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

聯軸器是用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件[1]。聯軸器分剛性聯軸器和柔性聯軸器，剛性聯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[2]。此外，剛性連接由于摩擦而產生高溫使器件壽命大大降低。

剛性聯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軸器比較能夠勝任。但是，目前的柔性聯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，本文作者設計了一種基于液力阻尼的柔性聯軸器。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外研究動態及應用現狀

我國聯軸器工業經過數十年的發展，無論是在數量上，還是在質量和技術等方面都得到了長足的發展，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、長壽命的中高檔聯軸器每年仍需大量進口。在總量供不應求的同時，一些低檔聯軸器卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術含量不太高的中檔聯軸器也有供過于求的趨勢。

國內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]，研發很少，品種單一。也有學者提出多型柔性連接器設計，可有效的減小結構應力、結構簡單緊湊、方便，更換維護的柔性連接器。

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

3液力阻尼柔性聯軸器結構設計

本液力阻尼柔性聯軸器的裝配結構如圖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有母殼體表面強化區，母殼體表面強化區靠近連接端面一周設有多個凸起的母殼體鎖緊凸臺，母殼體表面強化區表面靠緊母殼體鎖緊凸臺還套設有左鎖緊環。公殼體的外周靠近連接端面處也設有公殼體表面強化區，公殼體表面強化區靠近連接端面一周也設有公殼體鎖緊凸臺，公殼體表面強化區表面靠緊公殼體鎖緊凸臺還套設有右鎖緊環。

母殼體與公殼體連接端面之間安裝有端面密封環。母殼體的外周設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有傳動舌端面密封槽，傳動舌端面密封槽內嵌入端面密封條，公殼體傳動舌的外表面沿軸向開設有軸向傳動舌外圓面密封槽，公殼體傳動舌的內表面沿軸向開設有傳動舌內圓面密封槽，傳動舌外圓面密封槽與傳動舌內圓面密封槽內嵌入內外圓柱面密封條，公殼體的外周表面還設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。

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

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，當一側傳動軸主動產生相對轉動時，此側的連軸器殼體會跟隨產生同向轉動，此側的連軸器殼體會通過舌孔空腔內的流體向另一側的連軸器殼體傳遞扭矩，帶動另一側的連軸器殼體和軸轉動。當兩側的連軸器殼體產生的相對轉動角度較大時，會觸發左右兩側的連軸器殼體上的鎖緊凸臺分別頂住左、右鎖緊環上的限位凸鍵，此時，柔性傳遞扭矩轉變為剛性傳遞扭矩。

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

5技術創新點及市場前景分析

本文的液力阻尼柔性聯軸器靠舌孔空腔內的流體傳遞扭矩，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，磨損小，壽命長，又具備過載保護，減緩了傳統剛性連接所帶來的沖擊震動，傳動不平穩等缺陷。這種液力阻尼柔性聯軸器裝置應用廣泛，市場潛力巨大，具有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]任曉麗等.柔性連接器可靠性研究，科技創新與生產力[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.