CN110541891B - 一种联轴器和调节其刚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种轨道车辆用联轴器和调节其刚度的方法，该联轴器包括两个相对式设置的弹性体连接装置，各弹性体连接装置具有星形架，且星形架具有星形架主体和与星形架主体固定连接的周向间隔设置的多个第一臂端凸台，在第一臂端凸台上对应式设置有扇状的周向间隔的弹性元件，该联轴器的结构非常紧凑，可靠性高，安装维护也非常的便利。

Description

一种联轴器和调节其刚度的方法

技术领域

本发明涉及机车车辆传动系统技术领域，具体涉及一种轨道车辆用联轴器和调节其刚度的方法。

背景技术

在机械系统中，不同的机械传动设备需要一定部件进行连接，从而将运动和转矩传递向后传递。

联轴器在机械系统中具有较好位移补偿性能和减振降噪的能力，因此常常被用于广泛应用于车辆、船舶、起重、化工、物流等行业中机械传动设备的联接。尤其在轨道交通领域，对机车车辆传动系统要求极高，传动空间尺寸有着严格的限制，作为传动系统的关键部件，要求机车联轴器能够改善和优化轴向振动频率、减少振动的幅值，对轴向空间进行位移补偿和降低噪音。

传统的刚性联轴器或者大尺寸的弹性联轴器已不能满足轨道交通车辆发展需求。因此，发明一种结构空间紧凑，可靠性高，安装维护方便的联轴器十分有必要。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种联轴器和调节其刚度的方法。该联轴器的结构非常紧凑，可靠性高，安装维护也非常的便利。

根据本发明的一方面，提出了一种联轴器，包括两个相对式设置的弹性体连接装置，各弹性体连接装置具有星形架，且星形架具有星形架主体和与星形架主体固定连接的周向间隔设置的多个第一臂端凸台，在第一臂端凸台上对应式设置有扇状的周向间隔的弹性元件。

在一个实施例中，弹性元件包括中间块、分别设置在中间块的周向两侧的弹性件和设置在各弹性件的周向外侧的端板，其中，中间块的轴向外侧设置有用于第一臂端凸台插入的第一凹槽。

在一个实施例中，在第一凹槽的位置处，中间块与第一臂端凸台通过螺栓连接。

在一个实施例中，在星形架的轴向内侧同轴式设置有星形盘，在星形盘的外壁上周向间隔式设置多个第二臂端凸台，在各第二臂端凸台上设置固定块，固定块能径向延伸到相邻的弹性元件之间并与弹性元件连接。

在一个实施例中，星形架与星形盘采用套筒式结构连接。

在一个实施例中，相邻的第一臂端凸台通过内凹曲面连接，且第二臂端凸台轴向突出延伸到内凹曲面内。

在一个实施例中，在周向上，周向均匀地各设置六个第一臂端凸台和第二臂端凸台，且第二臂端凸台位于相邻的两个第一臂端凸台中间。

在一个实施例中，在固定块的周向两侧分别设置有第一台阶面以使得径向外侧的固定块的截面面积减小，端板上设置有第二台阶面以用于与相应的第一台阶面配合。

在一个实施例中，在固定块的径向内端面上设置第二凹槽以与设置在第二臂端凸台上的第一定位凸起相配合。

在一个实施例中，在固定块的径向内端面与第二臂端凸台的径向外端面之间设置间隙，并在间隙处选择性设置用于调整间隙大小的调节垫片。

在一个实施例中，在固定块的径向外端设置两侧能搭接在端板上的压紧片，且通过螺栓穿过压紧片、固定块后连接到第二臂端凸台。

在一个实施例中，在压紧片与相应的固定块或相应的端板之间凹凸配合。

在一个实施例中，还包括用于连接弹性体连接装置的轴向延伸的连接轴，其中，连接轴的一端为输入端，且位于该端的星形盘的轴向内壁面上设置有第一连接齿，连接轴的另一端为输出端，且位于该端的星形架的轴向外壁面上设置有第二连接齿。

在一个实施例中，位于输出端的星形盘与连接轴为一体化构件。

在一个实施例中，两个弹性体连接装置在周向上有角度差。

根据本发明的另一方面，提供一种调节上述的联轴器的刚度的方法，通过设置间隙以能调整弹性元件的弹性件的径向的变形量。

与现有技术相比，本发明的优点在于，该联轴器由于弹性元件的存在，能很好的补偿位移，并在扭转方向提供合适的柔度，消除轴系穿刺扭矩的扭转振动，保证车辆运行平稳。更有，该联轴器的弹性元件通过星形架设置并在周向间隔分布，使得布局合理结构紧凑。还有，通过星形架的多个第一臂端凸台固定相应的弹性元件，该弹性元件为分块式，彼此独立使得安装便利，并有利于后期维护更换。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的联轴器的立体图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的联轴器的轴向剖面图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的输入端星形架；

图4a显示了根据本发明的一个实施例的弹性元件；

图4b显示了根据本发明的另一个实施例的弹性元件；

图5显示了根据本发明的一个实施例的星形盘；

图6显示了根据本发明的一个实施例的联轴器的部分构件的立体图；

图7a显示了根据本发明的一个实施例的固定块；

图7b显示了根据本发明的另一个实施例的固定块；

图8显示了根据本发明的一个实施例的固定块的安装示意图；

图9显示了根据本发明的一个实施例的输出端星形架；

图10显示了根据本发明的一个实施例的连接轴；

图11显示了根据本发明的一个实施例的左视图；

图12显示了根据本发明的一个实施例的压紧片。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1和2显示了根据本发明的一个实施例的联轴器100。如图1和2所示，联轴器100包括两个弹性体连接装置90，且这两个弹性体连接装置90相对式设置。具体地，各弹性体连接装置90具有星形架1。如图3所示，星形架1具有星形架主体11和多个第一臂端凸台12。星形架主体11呈圆筒状。第一臂端凸台12与星形架主体11固定连接，并径向向外延伸。多个第一臂端凸台12周向间隔设置。在各第一臂端凸台12上对应式设置有扇状的弹性元件2，多个弹性元件之间周向间隔。

由此，该联轴器100由于具有弹性元件2，能很好的补偿位移，并在扭转方向提供合适的柔度，消除轴系穿刺扭矩的扭转振动，保证车辆运行平稳。并且，弹性元件2通过星形架1设置并在周向分布，使得布局合理，结构紧凑。还有，通过星形架1的多个第一臂端凸台12固定相应的弹性元件2，使得弹性元件2为分块式，从而安装更换都比较便利，在后期维护中更是可以更换其中的部分，以节约成本。

在一个具体的实施例中，如图4a所示，弹性元件2包括中间块21、分别设置在中间块21的周向两侧的弹性件22和设置在各弹性件22的周向外侧的端板23。其中，中间块21的轴向外侧设置有第一凹槽24。在安装过程中，第一臂端凸台12能径向插入到该第一凹槽24中。同时，第一臂端凸台12上设置有第三台阶面13，用于为中间块21进行定位，如图3所示。具有这种结构的弹性元件2能更好的起到减振缓冲作用，使得联轴器在径向和横向上的刚度性能匹配，能很好地补充位移，并在扭转方向提供合适的柔度，消除轴系穿刺扭矩的扭转振动，保证车辆运行平稳。上述弹性元件2与星形架1的连接方式能保证弹性元件2与第一臂端凸台12的良好定位，简化安装操作，还极大地改善螺栓14(后文中详述)的受力状态，提高使用寿命。为了提高弹性元件2的刚度，可以在弹性件22内嵌入式设置隔板25。比如，可以通过硫化的方式将中间块21、弹性件22、端板23和隔板25设置在一起。这种设置方式可以提高弹性元件2的刚度，并可以根据实际情况，选择设置的隔板25的数量。

如图6所示，在第一凹槽24的位置处，弹性元件2的中间块21与第一臂端凸台12通过螺栓14连接。该处的连接螺栓14轴向延伸穿过中间块21和第一臂端凸台12，以进行连接。这种连接方式简单，安装拆卸容易，更不需要借助其它工装设备完成。

如图1所示，在星形架1的内侧同轴式设置有星形盘3。如图5所示，星形盘3自身为筒状。并在星形盘3的外壁上周向间隔式设置多个第二臂端凸台31。在各第二臂端凸台31的外壁上设置固定块4。固定块4能径向延伸到相邻的弹性元件2之间并与弹性元件2连接。这种利用固定块4连接了周向两侧的弹性元件2的方式，使得操作简单，安装方便，更不需要借助工装工具便可以实现安装拆卸等操作。

具体地，星形架1与星形盘3采用套筒式结构连接。例如，如图3和5分别所示，星形架1的星形架主体11处轴向突出延伸连接套筒15，以与星形盘3的内孔配合，从而实现星形架1与星形盘3的部分套接式连接。这种连接关系简单，易于实现，并能很好的保证两者之间的同轴要求。

如图3所示，相邻的第一臂端凸台12通过内凹曲面16连接。这种设置方式一方面能有助于降低自动，实现轻量化。另一方面，可以为联轴器100的扭动方向提供补偿的空间。如图5所示，在轴向上，第二臂端凸台31轴向突出并能延伸到上述内凹曲面16内。第二臂端凸台31与第一臂端凸台12交错式设置，更好地利用了内凹曲面16的轴向空间，使得结构更加的紧凑，适合安装在车辆传动系统中。图9也显示星形架1，结构与图3中所示的星形架1相似，但是为了与其它部件连接，做了部分适应性修改。

在优选的实施例中，在周向上，周向均匀地各设置六个第一臂端凸台12和第二臂端凸台31。且第二臂端凸台31位于相邻的两个第一臂端凸台12中间。比如，第二臂端凸台31与相邻的第一臂端凸台12之间具有30度的夹角。这种均匀性设置的弹性体连接装置90能更好的提高受力均衡性，有助于维护联轴器100的整体动平衡。

在固定块4的周向两侧分别设置有第一台阶面41，以使得径向外侧的固定块4的截面面积减小，如图7a所示。相对应地，端板23构造为“7”状，也就是，其上设置有第二台阶面26，如图4a所示。同时，在固定块4的径向内端面上设置第二凹槽42。相对应地，在第二臂端凸台31上设置第一定位凸起311，以与第二凹槽42相配合。在安装过程中，固定块4嵌入到弹性元件2之间的空隙内。同时，固定块4的径向内端面上第二凹槽42卡接到第一定位凸起311上，而第一台阶面41与第二台阶面26处相对。

在一个更优化的实施例中，在固定块4的轴向两侧还设置有第五台阶面44，以使得径向内侧的固定块4的截面面积减小，如图7b所示。也就是，固定块4的径向中间的截面面积大于两端的截面面积。相对应地，在端板23上构造为板状，并在周向外壁面上设置轴向延伸的凹槽。也就是，在端板23上还设置有与第二台阶面26相对的第六台阶面27。在安装过程中，固定块4嵌入到弹性元件2的空隙内，同时，第一台阶面41与第二台阶面26相对，而第五台阶面44与第六台阶面27相对。这种设置能方便安装固定块4，另外，能更好地保证间隙5，从而方便设置调节垫片6(后文中提及)。更进一步地，第一台阶面41与第二台阶面26之间，以及第五台阶面44与第六台阶面27设置类似棘齿的卡接结构(在图4b中以图号28表示，而在图7b中以图号45表示)，以限定固定块4与端板23之间的位置，尤其在受力扭转过程中，有助于两者之间保持稳定。

在固定块4的径向内端面与第二臂端凸台31的径向外端面之间设置间隙5。需要说明的是，如果固定块4设置为图7b所示的，而弹性元件2设置为图4b所示的情况下，在将固定块4放入到弹性元件2之间后，固定块4的径向内端面与第二臂端凸台31的径向外端面间隔以形成间隙5，这是容易理解地；而如果固定块4设置为图7a所示的，而弹性元件2设置为图4a所示的情况下，在将固定块4放入到弹性元件2之间后，固定块4的径向内端面也许接触到第二臂端凸台31的径向外端面，但是固定块4可以径向运动，以使得固定块4的径向内端面间隔第二臂端凸台31的径向外端面一定距离，而这个距离也属于间隙5。也就是说，固定块安装到两个弹性元件2之间时，使得固定块4与第二臂端凸台31之间可以插入例如调整垫片6等，以形成间隙5。另外，在间隙5处选择性设置用于调整间隙5大小的调节垫片6，如图11所示。通过这种设置可以调整间隙5的大小，而调整弹性件22受力大小，从而调整联轴器100的刚度。

如图8所示，在固定块4的径向外侧设置两端能搭接在端板23上的压紧片7。螺栓14’穿过压紧片7和固定块4后与第二臂端凸台31固定连接。也就是说，通过螺栓14’将压紧片7、固定块4和第二臂端凸台31固定在了一起。例如，再分别如图4a和12所示，可以在端板23上设置第二定位凸起231，以与设置在压紧片7上的定位孔71配合。同时，在压紧片7上设置豁口72，以与设置在固定块4上的突出式的定位条43相卡接。上述设置方便了压紧片7的安装定位，并在安装完成后限定彼此之间的位置。需要说明的是，第二定位凸起231的形状可以根据实际需要进行改变，例如可以为圆柱状也可以为方形柱状。

在上述的固定块4与其它部件的配合和连接结构中，不仅保证了安装定位操作容易，还能在配合中形成力锁关系，能较大改善结构的受力状态。

再如图1和2所示，联轴器100还包括用于连接弹性体连接装置90的轴向延伸的连接轴8。其中，连接轴8的一端为输入端(图1中的右端，图2中的左端)，且该端的星形盘3的轴向内壁面上设置有第一连接齿32。连接轴8的另一端为输出端，且该端的星形架1的轴向外壁面上设置有第二连接齿17。在使用过程中，输入端连接齿轮箱80。而输出端连接车轴70。动力由齿轮箱传出，通过输入端的星形盘3将动力传入到输入端的弹性元件2和固定块4中。由于弹性元件2和输入端星形架1固连，则动力经输入端星形架1传递到连接轴8上。连接轴8将动力经过输出端的星形盘3和固定块4传递至弹性元件2，由于弹性元件2和输出端星形架1连，故动力经输出端星形架1传递给车轴70。由于弹性元件2的存在，该联轴器100能够补偿位移，并在扭转方向提供合适的柔度，消除轴系传递的扭转振动，保证车辆平稳、低噪音运行。另外，上述设置的第一连接齿32和第二连接齿17实现了与其他部件的齿接形式，使得拆卸维护比较方便。

优选地，位于输出端的星形盘3与连接轴8可以为一体化构件，如图10所示。这种连接方式简单，易于实现。另外，在两个弹性体连接装置90之间设置角度差，例如在上述结构前提下，该角度差可以构造为30度，一个弹性体连接装置90的第一臂端凸台12正好对应另一个弹性体连接装置90的第二臂端凸台31。这种设置形式能改善联轴器100的整体动平衡。

下面根据图1-12详细描述联轴器100的安装以及调节刚度的方法。

先安装输入端的弹性体连接装置90，按照同轴、臂端错开安装的要求，先将星形架1和星形盘3连接在一起。然后进行弹性元件2的分块独立安装，将弹性元件2设置在相应的星形架1上，使得第一凹槽24与第一臂端凸台12配合，并利用螺栓14将弹性元件2固定在星形架1上。再然后，轴向推动固定块4并进入到相邻的弹性元件2之间的空隙内，使得固定块4设置在第二臂端凸台31上，并保证第二凹槽42与第一定位凸起311配合。接着，放置压紧片7，并利用螺栓14’穿过压紧片7和固定块4后与第二臂端凸台31连接。其中，固定块4、弹性元件2、第二臂端凸台31沿轴向方向具有相等的宽度，以保证弹性体连接装置90的轴向外壁面整齐。当旋拧螺栓14’进入连接星形盘3的第二臂端凸台31的螺纹孔时，此时弹性元件2的端板23径向移动，当端板23和固定块4不能进一步径向移动并配合良好的时候，弹性元件2预压完成，此时弹性件22处于压缩状态，有利于提供联轴器100的产品刚度和弹性元件的疲劳寿命。

再通过与上述相同或者类似的安装方法，将连接轴8上的星形盘3与输出端的星形架1连接，并完成输出端的弹性体连接装置90的安装。需要说明的是，为了便于安装，输出端的星形架1与星形盘3的连接关系也可以采用部分套接的方式进行连接。

接着，输入端的弹性体连接装置90和输出端的弹性体连接装置90分别连接齿轮箱80和车轴70。

最后，连接轴8穿过齿轮箱80与输入端的弹性体连接装置90连接，其中，需要保证输入端的弹性体连接装置90和输出端的弹性体连接装置90具有角度差。

其中，该联轴器100安装完弹性元件2后，将固定块4装入弹性元件2之间后，固定块4与第二臂端凸台31之间径向会有较大间隙5。本联轴器100通过控制该间隙5的大小来实现刚度的调节。间隙5越大，联轴器100预压也就越大，扭转刚度就会增大。因此，在设计之初，通过在间隙5之间设置不同厚度的刚度调节垫片6，用于调节刚度。例如，一组优选的调节垫片6数量为4个，叠加厚度设计为3mm，0.5mm为两片，1mm垫片各1片。在一个具体的实施例中，通过计算，预留间隙5增加0.5mm，联轴器100整体刚度将会变大4％。因此预留3mm间隙，将能补偿橡胶蠕变及老化引起刚度偏小的现象。在联轴器100设计之初，将固定块4与第二臂端凸台31可以按客户要求的刚度间隙调好，假设5mm时联轴器100刚度满足要求。此时需要将第二臂端凸台31臂端再通过加工的方式使间隙5的距离由5mm变为8mm，再将刚度调节垫片6塞入间隙5中，使固定块4下端与第二臂端凸台31的距离又恢复成5mm，刚度满足使用要求。随着联轴器100不断使用，弹性件22橡胶老化或者蠕变，此时联轴器100刚度变小，车辆发生振动。这时候，经专业检测，获取联轴器100此时运行的刚度，求出刚度变化率。无需更换弹性元件2，只要将刚度调节垫片6抽出，就能实现联轴器100刚度增大，恢复到正常刚度值，节约产品成本和安装维护时间，延长了使用寿命。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种联轴器，其特征在于，包括两个相对式设置的弹性体连接装置，各所述弹性体连接装置具有星形架，且所述星形架具有星形架主体和与所述星形架主体固定连接的周向间隔设置的多个第一臂端凸台，在所述第一臂端凸台上对应式设置有扇状的周向间隔的弹性元件，

所述弹性元件包括中间块、分别设置在所述中间块的周向两侧的弹性件和设置在各所述弹性件的周向外侧的端板，其中，所述中间块的轴向外侧设置有用于所述第一臂端凸台插入的第一凹槽，

在所述星形架的轴向内侧同轴式设置有星形盘，在所述星形盘的外壁上周向间隔式设置多个第二臂端凸台，在各所述第二臂端凸台上设置固定块，所述固定块能径向延伸到相邻的所述弹性元件之间并与所述弹性元件连接。

2.根据权利要求1所述的联轴器，其特征在于，在所述第一凹槽的位置处，所述中间块与所述第一臂端凸台通过螺栓连接。

3.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，所述星形架与所述星形盘采用套筒式结构连接。

4.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，相邻的所述第一臂端凸台通过内凹曲面连接，且所述第二臂端凸台轴向突出延伸到所述内凹曲面内。

5.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，在周向上，周向均匀地各设置六个所述第一臂端凸台和所述第二臂端凸台，且所述第二臂端凸台位于相邻的两个所述第一臂端凸台中间。

6.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，在所述固定块的周向两侧分别设置有第一台阶面以使得径向外侧的所述固定块的截面面积减小，所述端板上设置有第二台阶面以用于与相应的第一台阶面配合。

7.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，在所述固定块的径向内端面上设置第二凹槽以与设置在所述第二臂端凸台上的第一定位凸起相配合。

8.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，在所述固定块的径向内端面与所述第二臂端凸台的径向外端面之间设置间隙，并在所述间隙处选择性设置用于调整间隙大小的调节垫片。

9.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，在所述固定块的径向外端设置两侧能搭接在所述端板上的压紧片，且通过螺栓穿过所述压紧片、所述固定块后连接到所述第二臂端凸台。

10.根据权利要求9所述的联轴器，其特征在于，在所述压紧片与相应的所述固定块或相应的所述端板之间凹凸配合。

11.根据权利要求1或2所述的联轴器，其特征在于，还包括用于连接所述弹性体连接装置的轴向延伸的连接轴，其中，所述连接轴的一端为输入端，且位于该端的星形盘的轴向内壁面上设置有第一连接齿，所述连接轴的另一端为输出端，且位于该端的星形架的轴向外壁面上设置有第二连接齿。

12.根据权利要求11所述的联轴器，其特征在于，位于输出端的所述星形盘与所述连接轴为一体化构件。

13.根据权利要求12所述的联轴器，其特征在于，两个所述弹性体连接装置在周向上有角度差。

14.一种调节根据权利要求1到13中任一项所述的联轴器的刚度的方法，其特征在于，通过设置间隙以能调整所述弹性元件的弹性件的径向的变形量。

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