一種抗扭式模塊化聯軸器的研究

路 偉，毛 磊

（中船重工第710研究所，湖北 宜昌443003）

聯軸器的功能是用于聯接兩軸或從主動軸向從動軸傳遞運動的機構。聯軸器可起保險作用，防止機構過載損壞設備，或用作自動接通、脫開主從動軸的用途。聯軸器的使用已覆蓋至各行各業。然而盡管其種類繁多，但在實際應用和選型時還存有諸多不便。因為相同的設備使用條件不同，對器件的性能要求就不同，因而在實際工程上選擇聯軸器前，通常須經過繁瑣的理論計算分析后，才能確定所用聯軸器的型號，但從已形成標準系列的聯軸器型號來看還是難以滿足使用需求的，特別是在新產品開發階段還應通過試驗驗證其合理性。為此，作為從事這一行業的工程技術人員就有必要探索、設計制造出一種新型的組合式聯軸器，以滿足實際工程技術上的需求。

1 設計要求

要求設計出的聯軸器工作可靠，在過載情況下能自動斷開且不損壞設備，同時具備以下特性：1）結構簡單、造價低廉，能承受一定的沖擊載荷；2）在裝配與工作過程中可補償兩運動軸間的誤差。

2 裝置組成及功能

一種抗扭式模塊化聯軸器組裝完成后的結構示意見圖1，其制造原理是利用金屬彈性件自身具有一定的彈性及抗扭轉能力來傳遞能量，因而該聯軸器裝配于兩運動軸或用于主動軸向從動軸傳遞運動的軸系上時，允許主、從動軸的軸線存有一定的位置偏差，裝配要求低，具備活動和彈性聯軸器的功能［1］；同時采用了承力鋼球的連接方式，主軸套與從動軸套之間可相對轉動，軸向亦有一定量的變動，且將彈性扭簧包容在軸套內部，起到保護彈性扭簧的作用。

圖1 結構組裝圖

圖2 主、從軸套的向視圖

3 設計說明

為滿足性能要求，在工作過程中確保抗扭聯軸器主從動軸正反運轉時能均勻受力，且在過載情況下能自動斷開而不損壞設備，采用的設計思路是全包容式結構，即將承力構件或易出現斷裂的器件安裝在封閉的構件內。具體設計方法是：選用高性能彈性金屬材料制作承力構件，其結構形式設計成八字型扭簧結構，這樣當主動軸由順時針旋轉方向切換至逆時針方向時，起承力作用的八字形扭簧上所承受到的扭力是相同的，僅是受力方向發生變化［2］。需注意的是：如將八字形扭簧設計成一體結構，則圖2所示A處所指的孔應設計成腰形孔；如將扭簧設計成單體式，由兩件配合組成八字形結構時，圖2所示A處所指的孔應設計成兩個圓形孔。為提高承力件的使用壽命，預防構件在裝配或使用時損傷，在主、從軸套上裝配八字形扭簧的端面位置上，分別開有呈八字形的腰形槽，兩構件對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，結構形式見圖1、圖2。為降低裝配時的工藝要求，將軸套上安裝扭簧的孔設計成喇叭口狀，且為圓弧過渡。這樣設計的目的一是較小承力扭簧在裝配過程中不受外界作用力的影響［2］；二是減小銳邊對扭簧的作用力；三是將承力扭簧安裝在主從軸套內，形成全封閉結構，可防止扭簧斷裂后飛出傷人。為保證主從軸套間的連接強度及裝配時的精度要求，在主軸套與從動軸套相配合的大徑外圓上加工有半圓形溝槽，同樣在從動軸套相對應的內環上也設有半圓形的溝槽，兩軸套對接后形成的環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量，補償裝配時帶來的不大裝配誤差，同時亦可補償軸線有一定的偏移量的誤差［3］。為便于承力鋼球的安裝，在從動軸套上的半圓形溝槽正上方開有螺紋通孔，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形槽內，然后用固定銷封裝，以確保工作時承力鋼球不會從環形槽內滑出。

由于該彈性聯軸器具有上述的結構特點，所以可依據實際使用工況的要求，組合成結構相同而性能指標不同的彈性聯軸器，其實施方法是用模塊化的設計方法，即選用不同材質的金屬制作成不同剛度和強度的八字形彈性扭簧，或選用性能指標相同但配以不同數量扭簧組成不同性能指標的聯軸器。為保證裝配完成后的聯軸器具有在一定范圍內的位移活動量，除上述方法外還需說明的一點是將固定銷的頭部設計成半球頭形，其尺寸與承力鋼球的直徑相同，裝配到位后，應與主軸套的半圓形溝槽底部有一定量的間隙，以達到其運動時的靈活性要求［3］。

4 結束語

該抗扭式模塊化聯軸器具有結構簡單、造價低廉，且能承受一定的沖擊載荷作用，確保被保護的設備不受損壞，同是還具備以下特點：

1）利用彈性扭簧自身的彈性和恢復力，結合結構上的特點，使其具有一定的浮動性能，在工作過程中可補償兩運動軸不大的裝配誤差；

2）采用了承力鋼球的連接方式，使兩軸套之間可相對轉動，且在軸向亦有一定量的變動，同時將彈性扭簧包容在軸套內部；

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軸器，拓寬了該構件的適用范圍。

［1］ 成大先.機械設計手冊（第1卷）［M］.第四版.北京：化學工業出版社，2002.

［2］ 楊榮柏.機械優化設計［M］.北京：機械工業出版，1988.

［3］ 貝伊爾R.機構運動學綜合［M］.陳兆雄譯.北京：機械工業出版社出版，1987.