CN108240399B - 一种带过载保护的膜盘联轴器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带过载保护功能的膜盘联轴器，可应用于航空发动机和舰船发动机中的动力传输装置。包括对称分布的联接轴(1)、集成式关节轴承(2)，法兰盘(3)，膜盘组(4)，转接段(5)，联接螺栓(6)，间隔轴(7)，调整垫(8)，内轴(9)，压紧螺母(10)，锁片(11)，保护外罩(12)，支承环(13)，卡箍组(14)、自锁螺母(15)、外安装轴(16)、联接螺钉(17)和锁片(18)。在满足膜盘联轴器通用工况的基础上，设计了轴承支撑结构，可承受一定的轴向力载荷，对于膜盘联轴器工作中的扭矩过载和偏转角度补偿过载情况，设计了保护结构，具备了过载保护功能，能够有效的避免膜盘过载破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种带过载保护功能的膜盘联轴器，可应用于航空发动机和舰船发动机中的动力传输装置。
背景技术
膜盘联轴器是通过极薄的变厚度曲线膜盘型面，来传递功率和扭矩，并补偿主、从动轴向线之间的轴向和径向偏移的柔性联轴器。在国外，民用领域膜盘联轴器产品已形成了的系列化标准，但多限于传扭和提供轴心偏移补偿的常规结构，或在此基础上通过增加膜盘护板来限制偏转角度补偿，这种结构增加了膜盘转子重量，限制了联轴器的高速应用。军用领域，美国某型垂直起降舰载机所采用的航空发动机动力传输轴(内含膜盘联轴器)实现了高转速、大扭矩情况下的功率传输，但从其结构上看，并不具备过载保护功能。
国内仅有几家厂所具备膜盘联轴器设计制造能力，从已发布专利信息来看，公开了一种带保护结构的膜盘联轴器的实用新型专利(申请号：CN200720115848.4，公开号：CN201013784)。该专利从结构上看，是将与膜盘相连的连接件外壁设计了外套齿，在输入轴与连接件的外套齿之间设置内套齿，作为传递扭矩的备用路线。另有一种联轴器过载保护结构专利(申请号：CN200920035291.2，公开号：CN20136839)，该专利设计了一种端面齿结构，包括转接盘、挠性元件、转接轴，在转接盘与转接轴上设有端面齿结构，挠性元件通过螺栓交错连接于转接盘和转接轴上，转接盘和转接轴上的端面齿可以啮合，传动扭矩，具备双路传动。以上两种专利为结构相对简单，无法同时提供较大轴心偏移补偿，膜盘和间隔轴径向支撑，承受轴向力和进行长距离、高转速、大扭矩和高功率传递。
发明内容
本发明的目的
设计一种带过载保护功能的膜盘联轴器，具备以下特点：补偿输入输出轴之间的不对中、传递较大功率和扭矩、承受较大轴向力载荷，同时，对于工作中的扭矩过载和偏转角度过载情况，具备过载保护功能，能够有效的避免膜盘过载破坏的膜盘联轴器。同时，根据间隔轴材料的选用，可进一步拓宽膜盘联轴器的应用范围，提供高转速下，长距离、高功率和大扭矩传输，针对极端情况下可能出现的膜盘破裂情况，设计了非接触套齿结构以及保护外罩结构，能够提供短时功率传递，断裂的膜盘碎片被保护外罩阻挡，避免飞出，打伤其他零件。
本发明的技术方案
一种带过载保护的膜盘联轴器，包括对称分布的联接轴(1)、集成式关节轴承(2)，法兰盘(3)，膜盘组(4)，转接段(5)，联接螺栓(6)，间隔轴(7)，调整垫(8)，内轴(9)，压紧螺母(10)，锁片A(11)，保护外罩(12)，支承环(13)，卡箍组(14)、自锁螺母(15)、外安装轴(16)、联接螺钉(17)和锁片B(18)。
所述膜盘组(4)由4个单膜盘焊接形成，其一端面通过焊接与法兰盘(3)联接，另一端面通过焊接与转接段(5)联接，将内轴(9)插入法兰盘(3)的内孔中，在内轴(9)上依次装入调整垫(8)、集成式关节轴承(2)，用压紧螺母(10)沿轴向压紧，在内轴(9)上装入外安装轴(16)，用8个沿周向分布的联接螺钉(17)将转接段(5)、集成式关节轴承(2)和外安装轴(16)三者联接，并用锁片B(18)锁死；将两个按上述操作联接好的组件上的转接段(5)分别与间隔轴(7)的两个安装边联接，用沿周向分布的每端6个联接螺栓(6)和自锁螺母(15)紧固；将以上联接好的组件两端分别与联接轴(1)联接，并用沿周向分布的6个联接螺栓(6)和自锁螺母(15)紧固。将支承环(13)装于在两端的静止件上，将保护外罩(12)装于支承环(13)上，用卡箍组(14)箍紧。
还可以集成式关节轴承(2)可采用自润滑型关节轴承，将外安装轴(16)与集成式关节轴承(2)配装，将内轴(9)与间隔轴(7)焊接为一体结构，可实现相同的功能。
还可以将集成式关节轴承(2)改为关节轴承加安装座的分体式结构，通过定距套(19)和卡圈(20)来进行轴向定位。
间隔轴(7)分别采用复合材料和钛合金、不锈钢等传统金属材料。
本发明的有益效果
本发明在满足膜盘联轴器通用工况的基础上，设计了轴承支撑结构，可承受一定的轴向力载荷，对于膜盘联轴器工作中的扭矩过载和偏转角度补偿过载情况，设计了保护结构，具备了过载保护功能，能够有效的避免膜盘过载破坏。本发明设计了多种安全防护结构，适用于航空、舰船等对动力传输的安全性有较高要求的领域，如垂直起降航空发动机中升力风扇动力传输轴装置，直升机功率分出动力传输轴，飞机的飞附机匣与发附机匣联接轴以及舰船发动机中的动力传输装置。当前，在航空、舰船等领域，随着人们对动力传输的安全性越来越重视，可靠型要求越来越严格，该膜盘联轴器设计结构具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种带过载保护的膜盘联轴器第一实施方式的结构示意图；
图2是本发明一种带过载保护的膜盘联轴器内轴和外轴套齿结构的放大视图；
图3是本发明一种带过载保护的膜盘联轴器第二实施方式的结构示意图；
图4是本发明一种带过载保护的膜盘联轴器第三实施方式的结构示意图；
具体实施方式
下面具体讲解本发明实施方式。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
实施方式1：
请参阅附图1，本发明包括对称分布的联接轴1、集成式关节轴承(2)，法兰盘(3)，膜盘组(4)，转接段(5)，联接螺栓(6)，间隔轴(7)，调整垫(8)，内轴(9)，压紧螺母(10)，锁片A(11)，保护外罩(12)，支承环(13)，卡箍组(14)、自锁螺母(15)、外安装轴(16)、联接螺钉(17)和锁片B(18)。
请参阅附图1，由4个单膜盘焊接形成的膜盘组(4)，其一端面通过焊接与法兰盘(3)联接，另一端面通过焊接与转接段(5)联接，将内轴(9)插入法兰盘(3)的内孔中，在内轴(9)上依次装入调整垫(8)、集成式关节轴承(2)，用压紧螺母(10)将沿轴向压紧，在内轴(9)上装入外安装轴(16)，用8个沿周向分布的联接螺钉(17)将转接段(5)、集成式关节轴承(2)和外安装轴(16)三者联接，并用锁片B(18)锁死；将两个按上述操作联接好的组件上的转接段(5)分别与间隔轴(7)的两个安装边联接，用沿周向分布的12个联接螺栓(6)(每端6个)和自锁螺母(15)(每端6个)紧固；将以上联接好的组件两端分别与联接轴(1)联接，并用沿周向分布的6个联接螺栓和自锁螺母(15)紧固。将支承环(13)装于在两端的静止件上，将保护外罩(12)装于支承环(13)上，用卡箍组(14)箍紧。
请参阅附图1，设计了两个膜盘组，每个膜盘组由4个单膜盘焊接组成，共计8个单膜盘，可以提供较大的输入、输出轴心偏移补偿。在本发明中，间隔轴(7)和转接段(5)之间采用联接螺栓进行机械联接，安全可靠，相比较焊接一体式结构，维护成本低。集成式关节轴承(2)为自润滑型轴承结构，该轴承可进行联轴器补偿偏角内的角向偏转，为膜盘组(4)和间隔轴(7)提供一定的径向支承刚度，提高联轴器转子件的临界转速，以及承受膜盘联轴器两端联接附件的轴向冲击载荷和联接附件轴向变形产生的轴向力，避免膜盘在工作中受到轴向冲击而损坏，同时对工作中膜盘的轴向位移补偿进行限制，提高了膜盘的工作寿命。本发明还设计了保护外罩结构，起到阻止外来异物飞入打伤膜盘型面的作用。当膜盘破损时，还可以防止盘片飞出，伤及其他零件。
请参阅附图2，设计了外安装轴(16)和内轴(9)的非接触套齿结构，其中外安装轴(16)内孔为直齿结构，内轴(9)为与轴向保持夹角的斜齿结构，该夹角间接规定了膜盘联轴器的极限偏角。间隙值G规定了膜盘联轴器两端所承受的极限偏角，间隙值G和H联合规定了膜盘联轴器在承受偏转角情况下的极限扭转角度(膜盘承受极限扭矩)。正常工作情况下，套齿相互不接触，当膜盘联轴器偏转到极限偏角，未发生扭矩过载，外安装轴(16)和内轴(9)的内外齿顶和槽底将接触，从而限制膜盘联轴器的偏转角进一步增加，起保护膜盘作用。当膜盘联轴器偏转到极限偏角，且发生扭矩过载，外安装轴(16)和内轴(9)的内外齿面、齿顶和齿槽都将接触，限制偏转角进一步增加，传递过载部分的扭矩。当膜盘联轴器未偏转到极限偏角，扭矩发生过载，膜盘扭转达到极限扭转角度，外安装轴(16)和内轴(9)的内外齿面将接触，传动部分扭矩，提供过载保护。当膜盘发生失效情况，外安装轴(16)和内轴(9)的内外齿面、齿顶和齿槽都将接触，传递全部扭矩，提供短时功率传递。
实施方式2：
请参阅附图3，在本发明中，集成式关节轴承(2)可采用自润滑型关节轴承，将外安装轴(16)与集成式关节轴承(2)配装，将内轴(9)与间隔轴(7)焊接为一体结构，可实现相同的功能。将间隔轴(7)采用碳纤维复合材料，再与内轴(9)进行粘接联接，其他零组件采用轻质钛合金(关节轴承除外)材料，可进一步降低转子的临界转速，可以兼顾长距离的功率传输要求。
实施方式3：
请参阅附图4，在本发明中，将集成式关节轴承(2)改为关节轴承加安装座的分体式结构，通过定距套(19)和卡圈(20)来进行轴向定位，在实现相同功能的同时，降低关节轴承的制造成本。
上述实施方式揭示了本发明一种带过载保护的膜盘联轴器的三个较佳实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在上述实施方式所揭示的基础上还可以作进一步的改进和优化。如可将附图1中的法兰盘(3)和内轴(9)做成一体式结构，使结构更为简单。将附图3、附图4中的复合材料间隔轴与转接段的联接方式由粘接改为螺栓联接，提高联接可靠性。
Claims (4)
1.一种带过载保护的膜盘联轴器，包括对称分布的联接轴(1)、集成式关节轴承(2)、法兰盘(3)、膜盘组(4)、转接段(5)、联接螺栓(6)、间隔轴(7)、调整垫(8)、内轴(9)、压紧螺母(10)、锁片A(11)、保护外罩(12)、支承环(13)、卡箍组(14)、自锁螺母(15)、外安装轴(16)、联接螺钉(17)和锁片B(18)；其特征在于：
所述膜盘组(4)由4个单膜盘焊接形成，其一端面通过焊接与法兰盘(3)联接，另一端面通过焊接与转接段(5)联接，将内轴(9)插入法兰盘(3)的内孔中，在内轴(9)上依次装入调整垫(8)、集成式关节轴承(2)，用压紧螺母(10)沿轴向压紧，在内轴(9)上装入外安装轴(16)，用8个沿周向分布的联接螺钉(17)将转接段(5)、集成式关节轴承(2)和外安装轴(16)三者联接，并用锁片B(18)锁死；将两个按上述操作联接好的组件上的转接段(5)分别与间隔轴(7)的两个安装边联接，用沿周向分布的每端6个联接螺栓(6)和自锁螺母(15)紧固；将以上联接好的组件两端分别与联接轴(1)联接，并用沿周向分布的6个联接螺栓(6)和自锁螺母(15)紧固；将支承环(13)装于在两端的静止件上，将保护外罩(12)装于支承环(13)上，用卡箍组(14)箍紧。
2.根据权利要求1所述的一种带过载保护的膜盘联轴器，其特征在于：还包括集成式关节轴承(2)采用自润滑型关节轴承，将外安装轴(16)与集成式关节轴承(2)配装，将内轴(9)与间隔轴(7)焊接为一体结构。
3.根据权利要求1所述的一种带过载保护的膜盘联轴器，其特征在于：还包括将集成式关节轴承(2)设计成关节轴承加安装座的分体式结构，通过定距套(19)和卡圈(20)来进行轴向定位。
4.根据权利要求1所述的一种带过载保护的膜盘联轴器，其特征在于：所述间隔轴(7)采用复合材料和钛合金材料。
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