张旭东

摘要：发动机联轴器对主动轴和从动轴同轴度、重量以及换向和变速时要求传动轴不能受到冲击力等方面有着更高的要求。为进一步满足小型航空发动机减重、简洁、可靠、经济的发展要求，提供了一种小型航空发动机联轴器设计方案并应用。有效的解决了主动轴和从动轴同轴度、机构重量和在换向与变速时传动轴不能受到冲击力的要求，结构简单，消除了换向间隙，提高联轴器的使用寿命和可靠性，并降低了制造成本。

关键词：联轴器;发动机;设计

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

联轴器是机械系统中的一类通用部件，可用于把来自不同机构的轴联接起来并传递扭矩令其共同旋转。联轴器的两端一般有安装边或者相应的联接结构。常用于联接主动轴与从动轴或者主动轴和回转件，传递扭矩、功率及转速。

联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。刚性联轴器不具有缓冲性和补偿两轴线相对位移的能力，要求两轴严格对中，但此类联轴器结构简单，制造成本较低，装拆、维护方便，能保证两轴有较高的对中性，传递转矩较大，应用广泛。常用的有凸缘联轴器、套筒联轴器和夹壳联轴器等。

挠性联轴器又可分为无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器。无弹性元件挠性联轴器具有挠性即具有补偿两轴线相对位移的能力，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，所以不能缓冲减振，常见的有滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器和链条联轴器等。有弹性元件挠性联轴器因含有弹性元件，除具有补偿两轴线相对位移的能力外，还具有缓冲和减振作用，弹性元件所能储蓄的能量越多，则联轴器的缓冲能力愈强，弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大、则联轴器的减振能力愈好。但传递的转矩因受到弹性元件强度的限制，一般不及无弹性元件挠性联轴器，常见的有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形联轴器、轮胎式联轴器、蛇形弹簧联轴器和簧片联轴器等[1]。

在实际的工况中，难免会出现因为机械加工精度、部件热膨胀、部件受力弯曲等情况，这些情况的产生会使主动轴与从动轴的同心度发生变化，为了保证轴系系统能平稳运行，就需联轴器在传递动力的同时具有一定的径向、角向和轴向的补偿能力，才能保证机械系统的设计使用寿命，提升机械的性能[2]。联轴器是航空发动机传动的关键部件，它的补偿能力、动力特性等与机器安全运转密切相关。

为了克服上述技术问题，本文提供了一种小型航空发动机联轴器设计方案[3-6]，该方案结构紧凑、简单、合理，连接牢靠，提高了联轴器可靠性，通过环形缓冲环卡接主动轴和从动轴，使正反向间隙为零，提高了效率，消除了冲击。

1  联轴器设计

为了解决上述问题，设计了一种小型航空发动机联轴器（图1）。该联轴器机构包括二个分别与主动轴和从动轴相连接的前、后半联轴器为主体的前后单元，以及附着于其上的各个组成件，具体组成件为：1-前半联轴器、2-自锁螺母、3-弹性垫圈、4-缓冲环、5-销轴、6-后半联轴器。

前半联轴器1与后半联轴器6均为法兰式轴结构，其中心内孔为带有键槽的台阶通孔，该孔直径较大部分为结构减轻孔，孔直径较小且带键槽部分是与其对应的主动轴和从动轴的安装孔，其或为直孔、或为锥孔，视发动机及其相连接机构的结构而不同。同时，在前半联轴器1与后半联轴器6法兰之上各设置有四个对称的减轻孔和四个功能孔，其中有同一直径线上的两个对称位置的减轻孔设置有内螺纹，以备不同需求，另二个减轻孔则为通孔。

前半联轴器的法兰上有四个功能性的锥孔，该锥孔用于安装销轴5。所有锥孔分布于90°等分的同一圆周之上，如图2所示。

与前半联轴器结构相似，后半联轴器法兰上也有四个功能孔，但四个孔为直孔，所有直孔分布于90°等分的同一圆周之上，如图3所示，该孔用于联轴器对接时缓冲环4的置入。

每个销轴5上安装有4个缓冲环4，如图4所示，形成緩冲环轴，销轴5通过其外锥面与前半联轴器1法兰上四锥孔安装于前半联轴器1之上，并通过自锁螺母2和弹性垫圈3紧固。锥面连接方式保证了定位准确与稳固，达到规定拧紧力矩的自锁螺母保证了连接的可靠。缓冲环4材质为耐油耐压复合塑胶模压成型，耐用不变形，且能保证缓冲效果而不影响传动效率。

使用时，后半联轴器6通过平键直接与被动轴连接，前半联轴器1安装好自锁螺母2、弹性垫圈3、缓冲环4、销轴5之后，通过平键直接与主动轴即发动机输出轴连接。上述各项安装到位后，使缓冲环轴插入后半联轴器6对应的四个安装孔中，缓冲环轴的塑胶外径与其安装孔为过盈配合，安装时使得塑胶材料的缓冲环4外径压缩以适应安装孔，从而确保了主、从轴换向间隙为零，且又为软连接。整套小型航空发动机联轴器机构如图5所示。

2  联轴器实现

按照上述设计方案，制造出了小型活塞式发动机联轴器，如图6所示。前、后联轴器分别连接了发动机曲轴和发电机主轴，最后将前、后联轴器连接后即可实现将发动机本体与发电机部件进行对接的功能。

3  结论

本文设计并制造了一种小型航空发动机联轴器。其中前半联轴器和后半联轴器的法兰上周向均布有两种不同内径的若干通孔，且为间隔分布;小径通孔为主动轴和从动轴的安装孔，大径孔为销轴插入孔;销轴上套有若干缓冲环，一端插入前半联轴器大径孔后，通过自锁螺母和弹性垫圈锁紧，另一端插入后半联轴器对应位置的小径通孔中，且为过盈配合。该设计方案结构紧凑、简单、合理，连接牢靠，提高了联轴器可靠性，通过环形缓冲环卡接主动轴和从动轴，使正反向间隙为零，提高了效率，消除了冲击，有效的解决了主动轴和从动轴同轴度、机构重量和在换向与变速时传动轴不能受到冲击力的要求，有效的消除了换向间隙，提高联轴器的使用寿命和可靠性，并降低了制造成本。

参考文献：

[1]宋海霞.浅谈联轴器的性能和在玻璃机械上的应用[J].玻璃，2009（7）：13-16.

[2]姚宏飞.弓形弹簧弹性联轴器强度和动力特性分析[C].南京航空航天大学，2017：1.

[3]东北工学院《机械零件设计手册》编写组编.机械零件设计手册（第二版）/中册[M].冶金工业出版社，1982.

[4]机械设计手册联合编写组编.机械设计手册/上册[M].化学工业出版社，1979.

[5]濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[6]王三民.机械设计计算手册[M].北京：化学工业出版社，2009.