关于一种高效轴用柔性连接装置的设计与研究

李欣迪 李美祺 于诗涵 张博 刘美钰 刘舒畅 孙仪萱 徐飞 龚丽娟

【摘 要】本文作者设计了一种高效轴用柔性连接装置，即一种基于液力阻尼的柔性联轴器，并对这种联轴器的结构进行了研究和优化，解决了重载传动和耐重载交变载荷冲击的问题。这种联轴器主要由母壳体、公壳体、端面密封环、左锁紧环、右锁紧环、壳体空腔中的液体等组成，它可以承受重载冲击和重载交变载荷的作用，适用于一切轻载和重载的场所，特别擅长于用在重载冲击载荷、重载交变载荷、重载正反向交变载荷的场所。

【关键词】液力阻尼;柔性;轴用连接装置;传动舌

1.项目的研究和意义

联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件[1]。联轴器分刚性联轴器和柔性联轴器，刚性联轴器将两个部分用螺栓紧固，这样的安装要求同心度极高，稍有误差，机械就会震动。而且刚性材料冲击力强、传动不平稳[2]。此外，刚性连接由于摩擦而产生高温使器件寿命大大降低。

刚性联轴器一般不适用于有冲击和交变载荷的场所，在有冲击和交变载荷的场所柔性联轴器比较能够胜任。但是，目前的柔性联轴器一般采用弹性固体材料或零件来承受这种冲击载荷，这种联轴器不能承受重载冲击和重载交变载荷的作用。

为解决这些问题，本文作者设计了一种基于液力阻尼的柔性联轴器。它可以承受重载冲击和重载交变载荷的作用，适用于一切轻载和重载的场所，特别擅长于用在重载冲击载荷、重载交变载荷、重载正反向交变载荷的场所。

2.轴用连接装置的国内外研究动态及应用现状

我国联轴器工业经过数十年的发展，无论是在数量上，还是在质量和技术等方面都得到了长足的发展，进步也非常大。但世界先进水平相比，还是有一定的差距[3]。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档联轴器每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档联轴器却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档联轴器也有供过于求的趋势。

国内外主要研究方向针对柔性连接器的材料和制作方法的方向进行研究[4]，研发很少，品种单一。也有学者提出多型柔性连接器设计，可有效的减小结构应力、结构简单紧凑、方便，更换维护的柔性连接器。

目前，联轴器产业面临着巨大的挑战，同时带来更多的机会[5]。由于我国联轴器以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/3-1/5，甚至是1/10。加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而我国中低档联轴器的出口量则加大，随着国内企业技术及制造能力的不断提升，行业进口替代趋势明显，优势企业不断取代国外企业市场份额[6]。

3液力阻尼柔性联轴器结构设计

本液力阻尼柔性联轴器的装配结构如图1和图2所示，此连轴器分左右2个壳体，即母壳体和公壳体，此两个壳体通过一对传动舌和传动舌孔匹配安装，由于位于母壳体上的舌孔比位于公壳体上的公壳体横截面大，当公壳体上的传动舌插入母壳体舌孔中时，在每个母壳体的舌孔空腔中都形成两个舌孔空腔。装配时采用对中装配，这样保证了每個舌孔空腔的形状和容积相等，每个舌孔空腔中通过母壳体上的多个注油嘴注入足够的等量流体用于传递扭矩。

母壳体的外周靠近连接端面处设有母壳体表面强化区，母壳体表面强化区靠近连接端面一周设有多个凸起的母壳体锁紧凸台，母壳体表面强化区表面靠紧母壳体锁紧凸台还套设有左锁紧环。公壳体的外周靠近连接端面处也设有公壳体表面强化区，公壳体表面强化区靠近连接端面一周也设有公壳体锁紧凸台，公壳体表面强化区表面靠紧公壳体锁紧凸台还套设有右锁紧环。

母壳体与公壳体连接端面之间安装有端面密封环。母壳体的外周设有通往母壳体舌孔的注油嘴安装孔和排气塞安装孔，分别用于安装注油嘴和排气塞，母壳体的外周表面还设有母壳体定位螺钉孔，用于旋入定位螺钉对母壳体进行定位。

公壳体传动舌的端面开设有传动舌端面密封槽，传动舌端面密封槽内嵌入端面密封条，公壳体传动舌的外表面沿轴向开设有轴向传动舌外圆面密封槽，公壳体传动舌的内表面沿轴向开设有传动舌内圆面密封槽，传动舌外圆面密封槽与传动舌内圆面密封槽内嵌入内外圆柱面密封条，公壳体的外周表面还设有公壳体定位螺钉孔，用于旋入定位螺钉对公壳体进行定位。

左锁紧环的端面设有凸起的左锁紧环限位凸键，左锁紧环限位凸键的轴向有通透的螺栓孔，右锁紧环的径向端面对应位置设有凸起的右锁紧环限位凸键，右锁紧环限位凸键的轴向有通透的螺栓孔，用于旋入螺栓，将左锁紧环与右锁紧环紧密连接，同时母壳体、端面密封环和公壳体，实现接触面密封。

4工作原理说明

母壳体连轴孔和公壳体连轴孔分别通过键或花键或胀紧套与传动轴相连接，当一侧传动轴主动产生相对转动时，此侧的连轴器壳体会跟随产生同向转动，此侧的连轴器壳体会通过舌孔空腔内的流体向另一侧的连轴器壳体传递扭矩，带动另一侧的连轴器壳体和轴转动。当两侧的连轴器壳体产生的相对转动角度较大时，会触发左右两侧的连轴器壳体上的锁紧凸台分别顶住左、右锁紧环上的限位凸键，此时，柔性传递扭矩转变为刚性传递扭矩。

这种液力阻尼柔性联轴器允许两侧的连轴器壳体有较小的相对转动，当两侧的连轴器壳体有较小的相对转动时，左锁紧环和右锁紧环相对于母壳体和公壳体外圆处的表面强化区和锁紧凸台产生相对滑动摩擦，由于左锁紧环和右锁紧环采用自润滑耐磨材质，摩擦阻力很小，磨损可以忽略不计。

5技术创新点及市场前景分析

本文的液力阻尼柔性联轴器靠舌孔空腔内的流体传递扭矩，流体可承受巨大的压强，具备柔性缓冲的能力，不怕交变载荷，所以可以传递大扭矩、交变载荷和正反向交变载荷，可以用在重载的场合和有交变载荷的场合。它以流体作为传递扭矩和缓冲的介质，磨损小，寿命长，又具备过载保护，减缓了传统刚性连接所带来的冲击震动，传动不平稳等缺陷。这种液力阻尼柔性联轴器装置应用广泛，市场潜力巨大，具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]任晓丽等.柔性连接器可靠性研究，科技创新与生产力[J].2014，（10）.

[2]宋恒等.超大型浮体柔性连接器疲劳强度研究，江苏科技大学[J].2018.

[3]祁恩荣等.超大型浮体柔性连接器疲劳强度模型试验，船舶力学.2017，（11）.

[4]封涛等.一种导管柔性连接器[P].中国航空专利中心.2018.

[5]欧阳绪禾.一种新式混凝土输送泵柔性连接装置[J].设计制造，2002.

[6]吴建财，夏天，马君，周玉峰.柔性连接动力输出装置的校核[J]，2014.