用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节

摘要

本发明公开了一种用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节，包括第一驱动轴和第二驱动轴，该第一驱动轴和第二驱动轴通过专用盘与剪力螺母互相连接，在该第一驱动轴的左侧端部依次连接有垫圈和螺钉，该螺钉贯穿第一驱动轴，并与剪力螺母相连。本发明保证了电控主机机带高压油泵的正常运转，为主机提供正确稳定的系统有压力，当主机发生故障时，能及时扭断剪力螺母，保护高压油泵的同时也保护主机传动系统的安全，不会因为一个油泵的故障而影响其他，甚至导致主机停车。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电控柴油机机带高压油泵的技术领域，特别是涉及一种用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节。

背景技术

在各种工程机器设备中，存在着多种多样的连接传动装置，为满足不同的传动需求，往往有一些不同的结构，而一种合适的传动结构设计也往往是设计问题中的重中之重。

船用低速柴油机是大型轮船的核心设备，在船舶运行过程中，往往需要连续工作数天甚至数星期，在整个运行过程中，必须保证所有部件拥有很高的可靠性和适应性。随着近年来国际公约对船用柴油机提出的日益严苛的要求，越来越多的船用柴油机开始使用电控技术。

对于电控柴油机，其主要特征是取消了传统机械传动控制的燃油喷射和排气阀传动系统，而改用电信号控制燃油喷射和排气阀的开关。这里通过电信号控制相关阀件的开关来控制主机高压系统油对不同部件的作用，以达到控制燃油喷射和排气阀开关的目的。从设计角度考虑，不宜于主机系统之外单独为高压系统油设置一套单独的增压系统，因此在主机上设置一套机带高压油泵，以产生系统油的高压环境。

以60MEC主机为例，机带泵共三个，通过曲轴带动的同一个主动齿轮对三个机带高压油泵各自的传动联轴节提供动力。为满足主机长时间的稳定运行，要求三台机带高压油泵在运行过程中能够互不干扰，使系统油维持较稳定的压力环境，这迫使我们找到一种安全、有效、适应性强的传动装置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节，使机带高压油泵能够连续稳定的运行，提供足够稳定的系统油压力，同时在运行过程中互不干涉，不至于因为局部故障而影响整个系统的运行。

基于上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节，特征在于其构成包括第一驱动轴和第二驱动轴，该第一驱动轴和第二驱动轴通过专用盘与剪力螺母互相连接，在该第一驱动轴的左侧端部依次设有垫圈和螺钉，该螺钉贯穿第一驱动轴，并与所述的剪力螺母相连。

所述第一驱动轴的左端外侧为一圈花键，用于与主机的传动齿轮配合；该第一驱动轴的右端外侧设有圆环凸台，用于压紧所述的专用盘；

所述第一驱动轴中心设有阶梯通孔，该阶梯通孔的左右端直径分别大于其中部直径，阶梯通孔的左端用于固定垫圈和螺钉的头部；阶梯通孔的右端为矩形孔，该矩形孔的深度和剪力螺母小端厚度相适配，使第一驱动轴与剪力螺母一起转动；所述阶梯通孔的中部直径大于所述的螺钉杆部的直径；

所述第二驱动轴的右端内侧为一花键套，用于与高压油泵的传动轴配合；所述第二驱动轴的左端外侧设有圆环凸台，用于压紧所述的专用盘；

所述第二驱动轴左端中心依次开有一台阶孔和矩形孔，该台阶孔深度与矩形孔深度的和与所述剪力螺母大端的厚度相适配；

所述第二驱动轴的右端内侧为一花键套，用于与高压油泵的传动轴配合；第二驱动轴的左端外侧设有圆环凸台，用于压紧所述的专用盘；

所述第二驱动轴左端中心依次开有台阶孔和矩形孔，该台阶孔深度与矩形孔深度的和与所述剪力螺母大端的厚度相适配，矩形孔和花键套之间设有圆孔，该圆孔与矩形孔连通，并有台阶；

安装时剪力螺母从花键套一侧端部穿入，剪力螺母大端的矩形平面与第二驱动左侧的矩形孔配合，使第二驱动轴与剪力螺母一起转动；同时剪力螺母大端端部的推力盘镶进第二驱动轴的圆孔内，并被圆孔内的台阶挡住，使剪力螺母可以对第二驱动轴施加轴向拉力。

所述专用盘为一圆环状薄盘，盘两侧表面分别涂有高耐磨涂层； 

所述剪力螺母的中间为细轴，该细轴的左侧称为小端，右侧为大端，细轴的外径小于所述的小端或大端的外径；

剪力螺母大端的右侧端部为圆柱型推力盘，剪力螺母的其他轴段两侧各为一对平行对称的平面，用于分别与所述的两个驱动轴的矩形孔配合；

剪力螺母小端端部沿轴线中心设有一个内螺纹孔，供所述的螺钉固定；

所述螺钉一长内六角螺钉，其长度与所述的第一驱动轴长度相适配。

第一驱动轴的右端外侧的圆环凸台的形状大小与第二驱动轴的左端外侧的有圆环凸台形状大小相适配。

所述高耐磨涂层的厚度为（0.1±0.05mm）。

通过剪力螺母和螺钉分别对第一驱动轴与第二驱动轴施加一定的压紧力，压紧中间的专用盘，从而在第一驱动轴、专用盘和第二驱动轴之间产生一定的静摩擦力，达到传递扭矩的作用。

为保证联轴节传递的扭矩能达到使用需求，在联轴节组装完成后需对其进行扭矩试验：即对第一驱动轴和第二驱动轴施以一规定的扭矩，在该扭矩的作用下，两者与专用盘不应发生滑动，这样就能保证联轴节能为油泵传递足够的扭矩，使高压油泵正常运转得到正确、稳定的系统油压。（试验使用的力矩根据设计使用需求得来。）

为了使各油泵互相不发生干涉，还需对联轴节进行一次破坏试验：同样对第一驱动轴和第二驱动轴施以一个规定扭矩，此扭矩实际为剪力螺母的扭断扭矩，在此规定扭矩的作用下，两个驱动轴与专用盘应发生相对滑动，并且剪力螺母应被扭断，此时第一驱动轴和第二驱动轴可以自由的相对运动，相当于把高压油泵和传动齿轮脱开，这样即使有某个高压油泵发生故障，也不会引起整个传动机构的故障，使主机能够保持运转。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、保证电控主机机带高压油泵的正常运转，为主机提供正确稳定的系统有压力，从而保证主机的正常运转。

2、当主机发生负荷增大、传动系统卡死、油泵卡死、润滑不足或其他故障时，能及时扭断剪力螺母，保护高压油泵的同时也保护主机传动系统的安全。

3、针对某个高压高压油泵单独的故障问题，其影响将仅局限于该油泵，而不会因为一个油泵的故障而影响其他，甚至导致主机停车。

附图说明

图1 是本发明用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节的剖视图。

图2 是图1中C部放大剖视图。

图3 是图1中第一驱动轴的剖视图。

图4 是图1中第二驱动轴的剖视图。

图5 是图1中专用盘的剖视图。

图6 是图1中剪力螺母的剖视图。

图7 是图1中螺钉的剖视图。

图8 是图1中垫圈的剖视图。

图9 是扭矩试验或破坏试验的示意图。

图中：A— 专用套筒；B— 固定支座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述，但不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1 是本发明用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节的剖视图，如图所示，一种用于大型船用低速电控柴油机机带高压油泵的联轴节，包括第一驱动轴1和第二驱动轴2，该第一驱动轴1和第二驱动轴2通过专用盘3与剪力螺母4互相连接，在该第一驱动轴1的左侧端部依次连接有垫圈6和螺钉5，该螺钉5贯穿第一驱动轴1，并与所述的剪力螺母4相连。

图3 是图1中第一驱动轴的剖视图，由图可知，第一驱动轴1的左端外侧为一圈花键，用于与主机的传动齿轮配合；该第一驱动轴1的右端外侧设有圆环凸台，用于压紧所述的专用盘3；所述第一驱动轴1中心设有阶梯通孔，该阶梯通孔的左右端直径分别大于其中部直径，阶梯通孔的左端用于固定垫圈6和螺钉5的头部；阶梯通孔的右端为矩形孔，该矩形孔的深度和剪力螺母4小端厚度相适配，使第一驱动轴1与剪力螺母4一起转动；所述阶梯通孔的中部直径大于所述的螺钉杆部的直径。

图4 是图1中第二驱动轴的剖视图，由图可知，

所述第二驱动轴2的右端内侧为一花键套，用于与高压油泵的传动轴配合；所述第二驱动轴2的左端外侧设有圆环凸台，用于压紧所述的专用盘3；

所述第二驱动轴2左端中心依次开有一台阶孔和矩形孔，该台阶孔深度与矩形孔深度的和与所述剪力螺母4大端的厚度相适配；

所述第二驱动轴2左端中心依次开有台阶孔和矩形孔，该台阶孔深度与矩形孔深度的和与所述剪力螺母4大端的厚度相适配，矩形孔和花键套之间设有圆孔，该圆孔与矩形孔连通，并有台阶；

安装时剪力螺母4从花键套一侧端部穿入，剪力螺母4大端的矩形平面与第二驱动轴2左侧的矩形孔配合，使第二驱动轴与剪力螺母一起转动；剪力螺母大端端部的推力盘部分镶进第二驱动轴的圆孔，并被圆孔内的台阶挡住，使剪力螺母可以对第二驱动轴施加轴向拉力。

第一驱动轴1的右端外侧的圆环凸台的形状大小与第二驱动轴2的左端外侧的有圆环凸台形状大小相适配。

图5 是图1中专用盘的剖视图，由图可知，专用盘3为一圆环状薄盘，盘两侧表面分别涂有高耐磨涂层，高耐磨涂层的厚度为（0.1±0.05mm），为保证正确的摩擦系数，高耐磨涂层需要严格控制。

图6 是图1中剪力螺母的剖视图，由图可知，剪力螺母4的中间为细轴，该细轴的左侧称为小端，右侧为大端，细轴的外径小于所述的小端或大端的外径；这一段细轴外径较小部分的作用是规定剪力螺母的扭断力矩，其外径通过材料的强度计算得出。整个剪力螺母除大端右侧端部为完整的圆轴外（此段圆轴称为推力盘），其他轴段两侧都加工出一对平行对称的平面，用于与两个驱动轴的矩形孔配合，限制本体各组件的相对旋转。剪力螺母小端端部沿轴线中心设有一个内螺纹孔，供所述的螺钉5固定。

图7 是图1中螺钉的剖视图，如图所示，螺钉5为一长内六角螺钉，其长度与所述的第一驱动轴1长度相适配。螺钉5从第一驱动轴1的左端穿入，贯穿整个第一驱动轴1，并与剪力螺母4连接。

图8 是图1中垫圈的剖视图，如图所示，垫圈6垫在螺钉5和第一驱动轴1中心孔的台阶面上，避免螺钉与台阶面刚性接触。

联轴节的组装过程中：

1、首先将剪力螺母小端从第二驱动轴的花键端一侧穿入，直到剪力螺母的推力盘镶入第二驱动轴的圆台孔内并顶住平面。

2、将专用盘放正在第二驱动轴的圆环凸台上，接着将第一驱动轴的圆环凸台正放在专用盘的上方。

3、从第一驱动轴的花键端顺序装入垫圈和螺钉，使螺钉拧如剪力螺母小端的螺孔内，并按规定力矩M1拧紧螺钉，使第一驱动轴和第二驱动轴压紧中间的专用盘。

这样联轴节组装完成后，第一驱动轴、专用盘和第二驱动轴通过螺钉和剪力螺母按规定力矩M1拧紧后产生的拉力压紧，从而存在一定的静摩擦力，从而使三者相对固定。

当机带高压油泵正常运转时，联轴节传递的扭矩小于此处的最大静摩擦力提供的扭矩，则第一驱动轴、专用盘和第二驱动轴之间不会发生相对运动，正常传递扭矩。

当机带高压油泵或传动齿轮发生任何故障而使负荷增加，扭矩增大时，传动扭矩如增大到大于最大静摩擦力提供的扭矩时，两个驱动轴和专用盘之间会发生相对滑动，这时专用盘的耐磨涂层已被破坏，最大静摩擦力大大减小，无法再保证正常的扭矩传递，而此时则通过剪力螺母的侧平面与两驱动轴的矩形孔配合传动，这种情况已经处于非正常传动，系统油压力可能发生波动，需要检修。

当传动扭矩继续增大到大于剪力螺母的扭断力矩时，剪力螺母中间细轴部分会被拧断，从而消除第一驱动轴和第二驱动轴之间的扭矩连接，两者处于自由相对运动状态，则该联轴节不再发生作用，相对应的机带高压油泵停止工作，而其他油泵仍然能继续运转，直到船舶靠岸再进行返修，而不会立即停车。

为使联轴节能在上述几个扭矩阶段能够有对应正确的动作，在联轴节安装在主机上之前必须对联轴节进行扭矩试验，对剪力螺母进行破坏试验。

扭矩试验：

需要一个固定支座B，其端部的花键与第二驱动轴的花键套配合；需要一个专用套筒A，其花键套与第一驱动轴端部花键配合。试验时将联轴节的第二驱动轴端部套入固定支座B的花键套内，将专用套筒A套在第一驱动轴端部的花键上，使用专用的扭力扳或其他工具施加一个规定力矩M2。规定联轴节在该力矩M2的作用下第一驱动轴和第二驱动轴不发生相对转动为合格，否则为不合格。对于试验中发生转动的联轴节应拆解，专用盘应换新，并检查各零件。对于任何一个将要安装在主机上的联轴节都应经过此试验验证。

破坏试验：

使用扭矩试验中同样的工具和方式，施加的扭矩规定为M3，在此扭矩作用下，首先第一驱动轴和第二驱动轴应发生相对转动，且剪力螺母应发生扭断。破坏试验只需要对同一批次的剪力螺母做一次或几次抽样检查即可，若抽样次数较多，可以不安装专用盘进行试验。

从以上描述可以看出，要满足联轴节的各种特性，需要严格控制专用盘的最大静摩擦力和剪力螺母的扭断力矩，则需要注意以下几点：

1、严格控制第一驱动轴和第二驱动轴端部圆环凸台的尺寸，加工保证，并做专门的氮化处理，保证凸台顶平面的面积和表面质量，从而保证凸台顶平面与专用盘有正确的接触面积。

2、严格控制专用盘表面高耐磨涂层的厚度，保证正确的摩擦系数。

3、根据机带高压油泵设计输出压力的安全范围，计算出正常传动的扭矩范围，从而计算出螺钉的拧紧力矩M1、扭矩试验应满足的扭矩M2和剪力螺母的扭断力矩M3。

4、根据扭断力矩M3计算选取正确的剪力螺母材料和细轴部分的外径，并严格控制，保证其扭断力矩正确。