CN105782260A - 一种减振联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减振联轴器，包括输入法兰和输出法兰，其特征在于，还包括减振机构，减振机构包括：转接盘、滑块、减振滚子、大锥齿轮和小锥齿轮；转接盘与输入法兰连接的侧面上圆周均布有n个滑槽，滑块设置在滑槽内，沿所述滑槽移动；滑块的正面具有半圆形滚动槽，背面具有螺牙；减振滚子设置在滚动槽内；大锥齿轮安装在转接盘的内部，且与转接盘同轴心，大锥齿轮背面具有锥齿，正面具有与所述滑块上的螺牙相适配的螺纹；小锥齿轮安装在转接盘的内部，沿转接盘周向均布，小锥齿轮与大锥齿轮啮合。本发明可通过调节滑块径向移动距离改变减振机构的固有频率，以减小传动系统在不同转速下的扭转振动，保证电机和传动系统平稳运行。

Description

一种减振联轴器

技术领域

本发明涉及一种联轴器，具体为一种减振联轴器。

背景技术

联轴器是用来联接不同机构中两根轴(输入轴和输出轴)，使之共同旋转以传递转矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，由于动力机的驱动转矩与工作机的负载转矩不稳定，以及传动系统的转速不断变化，使得传动系统在变转速、变载荷工况下产生机械振动，这将对轴系零件造成附加动应力，影响传动系统运行的平稳性并减少零件的使用寿命，严重时将直接导致零件失效。

目前，在传动系统负载、转速变化较大的工况下，多采用具有弹性元件的挠性联轴器即弹性联轴器以减振，改善传动系统工作性能。但是弹性联轴器的动态特性参数与弹性元件本身的硬度、弹性和阻尼等性能有关，各参数之间相互制约，关系复杂，动态特性参数的获取较困难，减振效果受多方面因素制约，不能准确地针对特定频率的外部激励进行减振。同时，与刚性联轴器相比，由于受到动态载荷的作用，弹性联轴器输入轴与输出轴之间存在转角和转速偏差，无法满足高精度传动的要求。因此，设计一种能够针对不同转速工况，减小特定频率扭转振动的刚性联轴器对保证传动系统精确传动和平稳运行，提高零件使用寿命十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减振联轴器，根据离心摆式减振器原理，通过调节减振机构中滑块的径向移动距离改变减振机构的固有频率，使得振动能量最大程度的耗散在减振机构中，以减小传动系统在不同转速工况下的扭转振动，保证电机和传动系统平稳运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种减振联轴器，包括输入法兰和输出法兰，所述减振联轴器还包括设置在所述输入法兰与输出法兰之间的减振机构，所述减振机构包括：转接盘、滑块、减振滚子、大锥齿轮和小锥齿轮；所述转接盘的两侧分别与输入法兰和输出法兰固定，所述转接盘与输入法兰连接的侧面上圆周均布有n个滑槽，其中n≥2，所述滑槽的延伸方向为转接盘的径向，所述滑块设置在滑槽内，沿所述滑槽移动；所述滑块的正面具有半圆形滚动槽，背面具有螺牙；所述减振滚子设置在滚动槽内，与所述滚动槽间隙配合；所述大锥齿轮安装在所述转接盘的内部，且与转接盘同轴心，所述大锥齿轮背面具有锥齿，正面具有与所述滑块上的螺牙相适配的螺纹；所述小锥齿轮安装在所述转接盘的内部，沿所述转接盘周向均布，所述小锥齿轮为m个，其中m≥2，所述小锥齿轮与所述大锥齿轮啮合；小锥齿轮转动带动大锥齿轮绕转接盘的中心轴线旋转，进而带动滑块沿转接盘径向滑动。

进一步地，所述减振机构还包括两侧分别与转接盘和输出法兰固定的中间法兰。

进一步地，所述转接盘上圆周均布设置有m个用于安装小锥齿轮的小锥齿轮安装孔，所述小锥齿轮安装孔的延伸方向为转接盘的径向。

进一步地，所述滑槽的个数n＝4，所述小锥齿轮的个数m＝4。

更进一步地，所述让输入法兰与所述转接盘通过8个矫直孔螺栓把合；所述输出法兰、中间法兰和转接盘通过8个矫直孔螺栓把合。

本发明的有益效果：

通过旋转小锥齿轮带动大锥齿轮转动，进而驱动滑块沿转接盘的径向移动，改变减振滚子绕转接盘的中心旋转的半径与滚动槽的半径之比，从而改变减振机构的固有频率，使减振机构的固有频率与联轴器的外部激励频率相等，以使振动能量最大程度的耗散在减振机构中，进而减小传动系统在不同转速工况下的扭转振动，保证电机和传动系统平稳运行，延长零件使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例联轴器结构示意图；

图2为本发明实施例减振机构主视图；

图3为图2中的A-A向剖视图；

图4为本发明实施例转接盘立体图；

图5为本发明实施例滑块立体图；

图6为本发明实施例滑块后视图；

图7为本发明实施例大锥齿轮立体图；

图8为本发明实施例小锥齿轮立体图；

图9为本发明实施例减振机构几何映射关系图；

图10为本发明实施例减振机构原理图。

图中：1、输入法兰；2、中间法兰；3、输出法兰；4、转接盘；40、滑槽；41、小锥齿轮安装孔；5、滑块；50、滚动槽；51、螺牙；6、减振滚子；7、大锥齿轮；70、螺纹；8、小锥齿轮；80、锥齿轮轴；9、铰制孔螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

图1-3所示的减振联轴器，包括输入法兰1、输出法兰3和设置在输入法兰1与输出法兰3之间的减振机构，减振机构包括：转接盘4、中间法兰2、滑块5、减振滚子6、大锥齿轮7和小锥齿轮8；转接盘4的两侧分别与输入法兰1和输出法兰3固定，如图1所示，转接盘4的左侧通过8个铰制孔螺栓9与输入法兰1把合，如图2所示，转接盘4的右侧(即和输出法兰3连接侧)还具有中间法兰2，输出法兰3、中间法兰2和转接盘4通过8个穿过三者的铰制孔螺栓9把合在一起。

减振机构参见图2-图4，转接盘4与输入法兰1连接的侧面上圆周均布有4个滑槽40，滑槽40的延伸方向为转接盘4的径向。滑槽40的个数可以为≥2的整数，但是滑槽40沿转接盘4的周向均匀分布。滑块5设置在滑槽40内，沿滑槽40移动，如图5和图6所示，滑块5的正面具有半圆形滚动槽50，背面具有螺牙51。减振滚子6设置在滚动槽50内，且与所述滚动槽50间隙配合，保证减振滚子6能够在滚动槽50内自由滚动。所述大锥齿轮7安装在所述转接盘4的内部，且与转接盘4同轴心；如图7所示，大锥齿轮7背面具有锥齿，正面具有与滑块5上的螺牙51相适配的螺纹70。

如图1和图4所示，转接盘4上圆周均布有4个用于安装小锥齿轮8的小锥齿轮安装孔41，小锥齿轮安装孔41的延伸方向为转接盘4的径向。小锥齿轮8参考图8，小锥齿轮的锥齿轮轴80安装在转接盘4的小锥齿轮安装孔41中，且小锥齿轮8与大锥齿轮7啮合，可以看出本发明实施例大锥齿轮7的旋转轴和小锥齿轮8的旋转轴是垂直的。小锥齿轮8的个数可以为≥2的整数，且应该沿转接盘4(也可以说大锥齿轮7)的周向均匀分布。小锥齿轮8转动带动大锥齿轮7绕转接盘4的中心轴线旋转，进而带动滑块5沿转接盘4径向滑动。

下面具体说明本发明的工作原理：

如图9所示，随着联轴器的转动，滑块5相当于绕圆心O₁作圆周运动，转动半径为R；同时，减振滚子6沿滚动槽50的轨迹滚动相当于绕圆心O₂作圆周运动，转动半径为r；调节滑块5沿转接盘4径向滑动相当于改变转动半径R。

如图10所示，联轴器转速为n，外部激励频率为ω，滑块5绕圆心O₁作圆周运动的转动半径为R，角位移为θ；减振滚子6绕圆心O₂作圆周运动的转动半径为r，相对于滑块5的角位移φ。因为减振滚子6只在圆心O₂处有约束反力，所以减振滚子6的惯性力对圆心O₂的力矩为0，可得：

$mr\[R\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}cos\mathrm{\φ}+R\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}sin\mathrm{\φ}+r(\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+\stackrel{\·\·}{\mathrm{\φ}})\]=0---\left(1\right)$

设滑块5的角位移θ是以等角速度旋转和外部激励频率ω扭振的结果，则

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\π}n}{30}t+{\mathrm{\θ}}_{0}sin\mathrm{\ω}t---\left(2\right)$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}=\frac{\mathrm{\π}n}{30}+{\mathrm{\θ}}_0\mathrm{\ω}cos\mathrm{\ω}t\≈\frac{\mathrm{\π}n}{30}---\left(3\right)$

$\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}=-{\mathrm{\θ}}_0{\mathrm{\ω}}^{2}sin\mathrm{\ω}t---\left(4\right)$

将式(2)、(3)、(4)代入式(1)可得：

$\stackrel{\·\·}{\mathrm{\φ}}+\frac{R}{r}{\left(\frac{\mathrm{\π}n}{30}\right)}^2\mathrm{\φ}=\left(\frac{R+r}{r}\right){\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\θ}}_{0}sin\mathrm{\ω}t---\left(5\right)$

式(5)是一个强迫振动微分方程，可得减振机构的固有频率p：

$p=\frac{\mathrm{\π}n}{30}\sqrt{\frac{R}{r}}---\left(6\right)$

设式(5)的解为φ＝φ₀sinωt，代入可解得振幅比：

$\frac{{\mathrm{\θ}}_0}{{\mathrm{\φ}}_0}=\frac{{\left(\frac{\mathrm{\π}n}{30}\right)}^2\frac{R}{r}-{\mathrm{\ω}}^2}{\left(\frac{R+r}{r}\right){\mathrm{\ω}}^2}---\left(7\right)$

由式(7)可知，当外部激励频率时，θ₀＝0，即调节滑块5转动半径R与减振滚子6转动半径r的比值可使减振机构的固有频率p与外部激励频率ω相同，进而将外部激励引起的传动轴振动能量传递到减振滚子6上，从而减小外部激励对传动轴产生的扭转振动，保证传动轴平稳运行。所以，在不同转速的工况下，调整转动半径R与r的比值，使减振机构的固有频率与外部激励频率相同，即可降低外部激励频率为ω的扭转振动。

下面结合具体工况和减振联轴器结构对减振过程进行具体说明：

本发明实施例的减振联轴器客应用于以下两种工况：

1、恒转速工况，此时外部激励频率为ω，联轴器转速n恒定，根据式(7)，预先设定转动半径R与r的比值，即可抵消扭转振动。

2、变转速工况，此时外部激励频率为ω，联轴器转速n变化，根据式(7)，转动半径R与r的比值须随转速n作相应变化才能抵消系统的扭转振动。由图9可知，减振滚子6绕圆心O₂的转动半径r为定值；当转速n变大时，顺时针旋转小锥齿轮8，带动大锥齿轮7绕转接盘4的中心轴旋转，进而驱动滑块5沿转接盘4径向滑动，减小滑块5转动半径R，保证转动半径R与r比值的平方根与转速n成反比，达到抵消扭转振动的目的。当转速n变小时，则逆时针旋转小锥齿轮8，抵消扭转振动。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减振联轴器，包括输入法兰和输出法兰，其特征在于，所述减振联轴器还包括设置在所述输入法兰与输出法兰之间的减振机构，所述减振机构包括：转接盘、滑块、减振滚子、大锥齿轮和小锥齿轮；所述转接盘的两侧分别与输入法兰和输出法兰固定，所述转接盘与输入法兰连接的侧面上圆周均布有n个滑槽，其中n≥2，所述滑槽的延伸方向为转接盘的径向，所述滑块设置在滑槽内，沿所述滑槽移动；所述滑块的正面具有半圆形滚动槽，背面具有螺牙；所述减振滚子设置在滚动槽内，与所述滚动槽间隙配合；所述大锥齿轮安装在所述转接盘的内部，且与转接盘同轴心，所述大锥齿轮背面具有锥齿，正面具有与所述滑块上的螺牙相适配的螺纹；所述小锥齿轮安装在所述转接盘的内部，沿所述转接盘周向均布，所述小锥齿轮为m个，其中m≥2，所述小锥齿轮与所述大锥齿轮啮合；小锥齿轮转动带动大锥齿轮绕转接盘的中心轴线旋转，进而带动滑块沿转接盘径向滑动。

2.根据权利要求1所述的减振联轴器，其特征在于，所述减振机构还包括两侧分别与转接盘和输出法兰固定的中间法兰。

3.根据权利要求1所述的减振联轴器，其特征在于，所述转接盘上圆周均布设置有m个用于安装小锥齿轮的小锥齿轮安装孔，所述小锥齿轮安装孔的延伸方向为转接盘的径向。

4.根据权利要求1-3任一项所述的减振联轴器，其特征在于，所述滑槽的个数n＝4，所述小锥齿轮的个数m＝4。

5.根据权利要求1-3任一项所述的减振联轴器，其特征在于，所述输入法兰与所述转接盘通过8个铰制孔螺栓把合；所述输出法兰、中间法兰和转接盘通过8个铰制孔螺栓把合。