小型航空發動機聯軸器設計及應用

張旭東

摘要：發動機聯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沖擊力等方面有著更高的要求。為進一步滿足小型航空發動機減重、簡潔、可靠、經濟的發展要求，提供了一種小型航空發動機聯軸器設計方案并應用。有效的解決了主動軸和從動軸同軸度、機構重量和在換向與變速時傳動軸不能受到沖擊力的要求，結構簡單，消除了換向間隙，提高聯軸器的使用壽命和可靠性，并降低了制造成本。

關鍵詞：聯軸器;發動機;設計

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

聯軸器是機械系統中的一類通用部件，可用于把來自不同機構的軸聯接起來并傳遞扭矩令其共同旋轉。聯軸器的兩端一般有安裝邊或者相應的聯接結構。常用于聯接主動軸與從動軸或者主動軸和回轉件，傳遞扭矩、功率及轉速。

聯軸器可分為剛性聯軸器和撓性聯軸器兩大類。剛性聯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，但此類聯軸器結構簡單，制造成本較低，裝拆、維護方便，能保證兩軸有較高的對中性，傳遞轉矩較大，應用廣泛。常用的有凸緣聯軸器、套筒聯軸器和夾殼聯軸器等。

撓性聯軸器又可分為無彈性元件撓性聯軸器和有彈性元件撓性聯軸器。無彈性元件撓性聯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，常見的有滑塊聯軸器、齒式聯軸器、萬向聯軸器和鏈條聯軸器等。有彈性元件撓性聯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、則聯軸器的減振能力愈好。但傳遞的轉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軸器，常見的有彈性套柱銷聯軸器、彈性柱銷聯軸器、梅花形聯軸器、輪胎式聯軸器、蛇形彈簧聯軸器和簧片聯軸器等[1]。

在實際的工況中，難免會出現因為機械加工精度、部件熱膨脹、部件受力彎曲等情況，這些情況的產生會使主動軸與從動軸的同心度發生變化，為了保證軸系系統能平穩運行，就需聯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，才能保證機械系統的設計使用壽命，提升機械的性能[2]。聯軸器是航空發動機傳動的關鍵部件，它的補償能力、動力特性等與機器安全運轉密切相關。

為了克服上述技術問題，本文提供了一種小型航空發動機聯軸器設計方案[3-6]，該方案結構緊湊、簡單、合理，連接牢靠，提高了聯軸器可靠性，通過環形緩沖環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? 聯軸器設計

為了解決上述問題，設計了一種小型航空發動機聯軸器（圖1）。該聯軸器機構包括二個分別與主動軸和從動軸相連接的前、后半聯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-前半聯軸器、2-自鎖螺母、3-彈性墊圈、4-緩沖環、5-銷軸、6-后半聯軸器。

前半聯軸器1與后半聯軸器6均為法蘭式軸結構，其中心內孔為帶有鍵槽的臺階通孔，該孔直徑較大部分為結構減輕孔，孔直徑較小且帶鍵槽部分是與其對應的主動軸和從動軸的安裝孔，其或為直孔、或為錐孔，視發動機及其相連接機構的結構而不同。同時，在前半聯軸器1與后半聯軸器6法蘭之上各設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置有內螺紋，以備不同需求，另二個減輕孔則為通孔。

前半聯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。

與前半聯軸器結構相似，后半聯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，該孔用于聯軸器對接時緩沖環4的置入。

每個銷軸5上安裝有4個緩沖環4，如圖4所示，形成緩沖環軸，銷軸5通過其外錐面與前半聯軸器1法蘭上四錐孔安裝于前半聯軸器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固，達到規定擰緊力矩的自鎖螺母保證了連接的可靠。緩沖環4材質為耐油耐壓復合塑膠模壓成型，耐用不變形，且能保證緩沖效果而不影響傳動效率。

使用時，后半聯軸器6通過平鍵直接與被動軸連接，前半聯軸器1安裝好自鎖螺母2、彈性墊圈3、緩沖環4、銷軸5之后，通過平鍵直接與主動軸即發動機輸出軸連接。上述各項安裝到位后，使緩沖環軸插入后半聯軸器6對應的四個安裝孔中，緩沖環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4外徑壓縮以適應安裝孔，從而確保了主、從軸換向間隙為零，且又為軟連接。整套小型航空發動機聯軸器機構如圖5所示。

2? 聯軸器實現

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

3? 結論

本文設計并制造了一種小型航空發動機聯軸器。其中前半聯軸器和后半聯軸器的法蘭上周向均布有兩種不同內徑的若干通孔，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，一端插入前半聯軸器大徑孔后，通過自鎖螺母和彈性墊圈鎖緊，另一端插入后半聯軸器對應位置的小徑通孔中，且為過盈配合。該設計方案結構緊湊、簡單、合理，連接牢靠，提高了聯軸器可靠性，通過環形緩沖環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、機構重量和在換向與變速時傳動軸不能受到沖擊力的要求，有效的消除了換向間隙，提高聯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.淺談聯軸器的性能和在玻璃機械上的應用[J].玻璃，2009（7）：13-16.

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

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

[4]機械設計手冊聯合編寫組編.機械設計手冊/上冊[M].化學工業出版社，1979.

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

[6]王三民.機械設計計算手冊[M].北京：化學工業出版社，2009.