CN103438115A - 智能联轴器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能联轴器，包括用于连接输入轴的输入轴法兰盘、用于连接输出轴的输出轴联接盘和与所述输出轴联接盘固定连接的输出连接套，所述输入轴法兰盘的中心设有中心通孔，所述输出连接套套装在所述中心通孔内，且所述输出连接套和所述中心通孔内壁之间设有弹性体，所述弹性体的外壁与输入轴法兰盘中心通孔内壁之间设有用于驱动所述弹性体与所述输入轴法兰盘同步转动的同步配合结构，且所述弹性体与所述输出连接套粘接固定为一体；还包括用于实时监控联轴器运行工况的监控装置，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于测量联轴器运行参数的传感器，所述传感器和所述数据接收装置之间无线连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种联轴器，具体的为一种智能联轴器。
背景技术
很长时期以来，联轴器作为传动系统的重要组成部分，要求具备减振、降噪、安全、可靠、高效、节能、使用寿命长和安装简便等特点。随着机械传动系统中的船舶推进系统、机车、挖掘机、起重机、重型汽车、压缩机和发电机组等各类动力装置的不断发展，对联轴器的性能也提出了更加苛刻的要求，具体体现在：在联轴器的使用过程中，在满足其功能要求的前提下还对其可靠性提出了严格要求，要求联轴器实现信息化、智能化，能实时在线监测传动部件的运行状态，并对传动部件的失效作出预估和预判，以保证装备的可靠性及人民财产安全。
目前国内外在进行传动部件运行过程中各项参数的信号测量时，由于环境复杂，传感器布置安装困难，信号传输易受干扰，所以一直缺乏有效的测试方法，给传动部件的动态数据的采集、状态监测带来极大困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能联轴器，该智能联轴器能够有效地实时监测其实际工作状态，并对其传动失效做出预估和判断，以保证传动安全和提高运行可靠性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能联轴器，包括用于连接输入轴的输入轴法兰盘和用于连接输出轴的输出轴联接盘；还包括与所述输出轴联接盘固定连接的输出连接套，所述输入轴法兰盘的中心设有中心通孔，所述输出连接套套装在所述中心通孔内，且所述输出连接套和所述中心通孔内壁之间设有弹性体，所述弹性体的外壁与输入轴法兰盘中心通孔内壁之间设有用于驱动所述弹性体与所述输入轴法兰盘同步转动的同步配合结构，且所述弹性体与所述输出连接套粘接固定为一体；
还包括用于实时监控联轴器运行工况的监控装置，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于测量联轴器运行参数的传感器，所述传感器和所述数据接收装置之间无线连接。
进一步，所述传感器为无源传感器，所述数据接收装置内设有电磁波发送装置，所述传感器内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；或，
所述传感器为有源传感器，且传感器内设有用于将所述弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路。
进一步，所述监控装置还包括与所述数据接收装置相连并用于处理所述传感器采集的数据的数据处理装置；所述传感器为微米级或纳米级传感器。
进一步，所述同步配合结构包括设置在所述中心通孔内壁上的内齿和设置在所述弹性体外壁上并与该内齿啮合的外齿；所述内齿的齿顶面锥度与齿根面锥度之差为夹角α，所述外齿的齿顶面锥度与齿根面锥度之差为夹角α，且所述夹角α等于8°～18°。
进一步，所述弹性体两轴向端面上设有内凹弧度半径R为45～65mm的环形凹槽。
进一步，所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体，所述高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：
丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；填充剂20~60。
进一步，所述弹性体与所述输出连接套之间采用下列方法粘接固定：
在所述输出连接套外周壁的两端分别对称设置左旋和右旋的外螺纹，涂上粘胶剂后，将弹性体模压硫化精密成型在输出连接套上。
进一步，所述弹性体内设有至少一道用于增强弹性体扭转强度的钢丝环。
进一步，所述钢丝环为采用在直径3～5mm的粗钢丝上缠绕直径为1～2mm的细钢丝后得到的直径为4～8mm的钢丝制成的钢丝环。
进一步，所述弹性体为金属橡胶弹性体，且所述金属橡胶弹性体为采用下列工艺制备得到的金属橡胶弹性体：
将直径为0.05-0.3mm的金属丝制成螺旋卷，并将该螺旋卷定螺距拉伸后铺放形成毛坯，将毛坯循环冷却成型处理后再热处理，得到具有弹性多孔特性的金属橡胶弹性体。
本发明的有益效果在于：
本发明的智能联轴器通过在输出连接套和输入轴法兰盘之间设置弹性体，利用弹性体的减振、降噪性能，可以有效增大阻尼和降低振动幅值，从而达到联轴器减震、降噪的效果；
通过设置监控装置，并在弹性体内设置传感器，利用弹性体材料的记忆特性与变形可控特性，以及传感器的智能传感检测能力，能够有效地实时监测联轴器的实际工作状态，即传感器能够实时监控联轴器在传动过程中的应力、应变、温度、振动、物理化学性能等反应联轴器工况的参数，并根据联轴器运行工况来对联轴器传动的失效作出预估和预判，解决联轴器的动态数据采集、运行状态监测困难等难题，克服了现有联轴器中无法监控应力应变的技术缺陷，通过对联轴器运行工况的检测，能够有效提高联轴器的可靠性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明智能联轴器实施例的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为输入轴法兰盘的结构示意图；
图4为输出连接套的结构示意图；
图5为采用本实施例智能联轴器连接输入轴和输出轴后的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，为本发明智能联轴器实施例的结构示意图。本实施例的智能联轴器，包括用于连接输入轴1的输入轴法兰盘3、用于连接输出轴2的输出轴联接盘4和与输出轴联接盘4固定连接的输出连接套5，输入轴法兰盘3的中心设有中心通孔，输出连接套5套装在中心通孔内，且输出连接套5和中心通孔内壁之间设有弹性体6，弹性体6的外壁与输入轴法兰盘3中心通孔内壁之间设有用于驱动弹性体6与输入轴法兰盘3同步转动的同步配合结构，且弹性体6与输出连接套5粘接固定为一体。本实施例的输出连接套5套装在输出轴联接盘4上，且输出连接套5的一端径向向内延伸设有连接块，连接块与输出轴联接盘4通过螺纹紧固件7固定连接，如图5所示，输入轴法兰盘3通过联接法兰12与输入轴1相连，输出轴联接盘4通过键连接结构与输出轴2相连。
本实施例的智能联轴器还包括用于实时监控联轴器运行工况的监控装置，监控装置包括数据接收装置和设置在弹性体内的至少一个用于测量联轴器运行参数的传感器8，传感器8和所述数据接收装置之间无线连接。
本实施例的智能联轴器通过在输出连接套5和输入轴法兰盘3之间设置弹性体6，利用弹性体6的减振、降噪性能，可以有效增大阻尼和降低振动幅值，从而达到联轴器减震、降噪的效果；
通过设置监控装置，并在弹性体6内设置传感器8，利用弹性体8材料的记忆特性与变形可控特性，以及传感器8的智能传感检测能力，能够有效地实时监测联轴器的实际工作状态，即传感器8能够实时监控联轴器在传动过程中的应力、应变、温度、振动、物理化学性能等反应联轴器工况的参数，并根据联轴器运行工况来对联轴器传动的失效作出预估和预判，解决联轴器的动态数据采集、运行状态监测困难等难题，克服了现有联轴器中无法监控应力应变的技术缺陷，通过对联轴器运行工况的检测，能够有效提高联轴器的可靠性。
进一步，传感器8可以为无源传感器，数据接收装置内设有电磁波发送装置，传感器8内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；当然，传感器8还可以为有源传感器，且传感器8内设有用于将弹性体6弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路，采用该结构的传感器8，能够利用弹性体6在传动过程中弹性变形产生的能量，使传感器8能够长时间工作，保证监控装置的可靠性。本实施例的传感器8采用无源传感器，传感器8内设有一个传导元件。采用该结构的监控装置，能够对传感器8进行供电并保证传感器8能够长时间稳定工作。本实施例的监控装置还包括与数据接收装置相连并用于处理传感器8采集的监控数据的数据处理装置，通过数据处理装置的数据处理结果对联轴器的运行工况进行预估和预判，保证联轴器在正常的工况下运转。传感器8为微米级或纳米级传感器，能够将传感器8安装在弹性体6内，本实施例的传感器8采用纳米级传感器。
进一步，同步配合结构可以采用现有的多种结构实现，如采用花键结构、采用键连接结构等均可实现弹性体6与输入轴法兰盘3同步转动。本实施例的同步配合结构包括设置在中心通孔内壁上的内齿9和设置在弹性体6外壁上并与该内齿啮合的外齿10，通过内齿9和外齿10之间的啮合，使弹性体6和输入轴法兰盘3同步转动。
优选的，内齿9的齿顶面锥度与齿根面锥度之差为夹角α，外齿10的齿顶面锥度与齿根面锥度之差为夹角α，且所述夹角α等于8°～18°，本实施例内齿9的齿顶面为锥面，齿根面为圆柱面，同理，外齿的齿顶面为锥面，齿根面为圆柱面，通过将内齿9和外齿10设置为具有一定的锥度差，能够使内齿9和外齿10在轴向方向滑动配合，并补偿轴向窜动、消除传动间隙、减振降噪，同时安装撤卸简便，本实施例的夹角α等于12°。
进一步，弹性体6两轴向端面上设有内凹弧度半径R为45～65mm的环形凹槽13，采用该结构的弹性体6，可以防止其在受到长期交变载荷下产生疲劳失效，本实施例弹性体6两端面上设有内凹弧度半径R为50mm的环形凹槽。
进一步，弹性体6可以为高分子橡胶合金弹性体，也可以为金属橡胶弹性体。当弹性体6为金属橡胶弹性体时，采用下列工艺制备得到的该金属橡胶弹性体：将直径为0.05-0.3mm的金属丝制成螺旋卷，并将该螺旋卷定螺距拉伸后铺放形成毛坯，将毛坯循环冷却成型处理后再热处理，得到具有弹性多孔特性的金属橡胶弹性体；当弹性体6为高分子橡胶合金弹性体时，该高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：
丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；填充剂20~60。
本实施例的弹性体6为高分子橡胶合金弹性体，该高分子橡胶合金弹性体的组分中，防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍；脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸；填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物；且在橡胶合金弹性体硫化过程中采用的硫化促进剂为硫酰胺类促进剂。
具体的高分子橡胶合金弹性体的组分可以按比例采用多种重量份组合制备：
1）丁晴橡胶40，氧化锌8，硫磺1，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺1，二丁基二硫代氨基甲酸镍1，C16饱和脂肪酸1，半补强炭黑60，二硫化钼20；
2）丁晴橡胶100，氧化锌3，硫磺3，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺3，二丁基二硫代氨基甲酸镍3，C16饱和脂肪酸3，半补强炭黑80，二硫化钼60；
3）丁晴橡胶60，氧化锌5，硫磺2，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺2，二丁基二硫代氨基甲酸镍2，C16饱和脂肪酸2，半补强炭黑70，二硫化钼40。
当然，橡胶合金弹性体还可在上述重量份范围内进行任意组合均能实现，且二硫化钼还可采用聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物进行替代，C16饱和脂肪酸可采用C18饱和脂肪酸替代，均可制备得到符合要求的橡胶合金弹性体，本实施例的高分子橡胶合金弹性体采用上述第2）中组分配比制备得到。
优选的，本实施例的弹性体6与输出连接套5之间采用下列方法粘接固定：
在输出连接套5外周壁的两端分别对称设置左旋和右旋的外螺纹，涂上粘胶剂后，将弹性体6模压硫化精密成型在输出连接套5上，使高分子橡胶合金弹性体和输出连接套5高强度粘结成为一个整体，通过设置外螺纹，能够使成型后的弹性体6与输出连接套5之间连接更加牢固。
优选的，弹性体6内设有至少一道用于增强弹性体扭转强度的钢丝环11，本实施例的钢丝环11设置为一道，且钢丝环11为采用在直径3～5mm的粗钢丝上缠绕直径为1～2mm的细钢丝后得到的直径为4～8mm的钢丝制成的钢丝环。当输入轴法兰盘3和输出联接盘4受到扭矩时，因为钢丝的弹性可以增强弹性体6的扭振强度，使扭振强度增强，并将扭转角控制在适度范围内，能自适应调节补偿轴系安装不对中误差，防止在轴向、径向和角度方向的弹性下降，大大降低动力传递过程中的非平衡力矩。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种智能联轴器，包括用于连接输入轴的输入轴法兰盘和用于连接输出轴的输出轴联接盘，其特征在于：还包括与所述输出轴联接盘固定连接的输出连接套，所述输入轴法兰盘的中心设有中心通孔，所述输出连接套套装在所述中心通孔内，且所述输出连接套和所述中心通孔内壁之间设有弹性体，所述弹性体的外壁与输入轴法兰盘中心通孔内壁之间设有用于驱动所述弹性体与所述输入轴法兰盘同步转动的同步配合结构，且所述弹性体与所述输出连接套粘接固定为一体；
还包括用于实时监控联轴器运行工况的监控装置，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内的至少一个用于测量联轴器运行参数的传感器，所述传感器和所述数据接收装置之间无线连接。
2.根据权利要求1所述的智能联轴器，其特征在于：所述传感器为无源传感器，所述数据接收装置内设有电磁波发送装置，所述传感器内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；或，
所述传感器为有源传感器，且传感器内设有用于将所述弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路。
3.根据权利要求2所述的智能联轴器，其特征在于：所述监控装置还包括与所述数据接收装置相连并用于处理所述传感器采集的数据的数据处理装置；所述传感器为微米级或纳米级传感器。
4.根据权利要求1所述的智能联轴器，其特征在于：所述同步配合结构包括设置在所述中心通孔内壁上的内齿和设置在所述弹性体外壁上并与该内齿啮合的外齿；所述内齿的齿顶面锥度与齿根面锥度之差为夹角α，所述外齿的齿顶面锥度与齿根面锥度之差为夹角α，且所述夹角α等于8°～18°。
5.根据权利要求4所述的智能联轴器，其特征在于：所述弹性体两轴向端面上设有内凹弧度半径R为45～65mm的环形凹槽。
6.根据权利要求1-5任一项所述的智能联轴器，其特征在于：所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体，所述高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：
丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；填充剂20~60。
7.根据权利要求6所述的智能联轴器，其特征在于：所述弹性体与所述输出连接套之间采用下列方法粘接固定：
在所述输出连接套外周壁的两端分别对称设置左旋和右旋的外螺纹，涂上粘胶剂后，将弹性体模压硫化精密成型在输出连接套上。
8.根据权利要求6所述的智能联轴器，其特征在于：所述弹性体内设有至少一道用于增强弹性体扭转强度的钢丝环。
9.根据权利要求8所述的智能联轴器，其特征在于：所述钢丝环为采用在直径3～5mm的粗钢丝上缠绕直径为1～2mm的细钢丝后得到的直径为4～8mm的钢丝制成的钢丝环。
10.根据权利要求1-5任一项所述的智能联轴器，其特征在于：所述弹性体为金属橡胶弹性体，且所述金属橡胶弹性体为采用下列工艺制备得到的金属橡胶弹性体：
将直径为0.05-0.3mm的金属丝制成螺旋卷，并将该螺旋卷定螺距拉伸后铺放形成毛坯，将毛坯循环冷却成型处理后再热处理，得到具有弹性多孔特性的金属橡胶弹性体。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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