CN110953257B - 一种打孔膜盘联轴器的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种打孔膜盘联轴器的设计方法，属于特殊膜盘联轴器技术领域。所述打孔膜盘联轴器，包括中间轴和设置在中间轴两端的膜盘组，所述膜盘组包括一个或者多个打孔膜盘，所述膜盘组包括多个打孔膜盘时，多个所述打孔膜盘并联，并且多个所述打孔膜盘的厚度相等，所述打孔膜盘设置有若干个通孔。所述打孔膜盘联轴器的设计方法设计的打孔膜盘联轴器是能够用于重载旋转轴系上的特殊膜盘联轴器，能传递超大扭矩、重量轻、易于加工，有较低的弯曲刚度及轴刚度，能吸收较大角误差及轴向误差。

Description

一种打孔膜盘联轴器的设计方法

技术领域

本发明涉及特殊膜盘联轴器技术领域，特别涉及一种打孔膜盘联轴器的设计方法。

背景技术

在透平领域，原动机和工作机两轴头之间由于静态安装误差及工作时的冷、热、振动等原因会造成轴头存在径向误差、角向误差和轴向误差，这些误差会使轴系异常振动、轴承负荷增加，甚至造成设备损毁，引起严重安全事故。安装在轴段间的挠性联轴器即橡胶柱销、叠片联轴器、膜盘联轴器等能在传递扭矩的同时最大限度的吸收各向误差，使轴系平稳运行。

万向节联轴器虽然能有效的吸收角误差，但无法吸收轴向误差，运行精度低，在使用的过程中噪声较大，同时万向节联轴器自身的结构也决定了其重量较大；橡胶轮胎联轴器虽能吸收轴向和角向误差，但橡胶在疲劳载荷和海洋环境的联合作用下会随时间劣化，并且重量太大；叠片联轴器角向补偿和轴向补偿由螺栓孔间的部分完成，补偿能力差；单、多膜盘联轴器的设计理论与盘面曲线比较复杂，设计和加工难度都较高，价格昂贵，一般用于高速轻载领域，特别是超大盘径的膜盘，膜盘较薄切不等厚，加工时极易翘曲。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种打孔膜盘联轴器的设计方法，是能够用于重载旋转轴系上的特殊膜盘联轴器，能传递超大扭矩、重量轻、易于加工，有较低的弯曲刚度及轴刚度，能吸收较大角误差及轴向误差。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种打孔膜盘联轴器，包括中间轴和设置在中间轴两端的膜盘组；

所述膜盘组包括一个或者多个打孔膜盘，所述膜盘组包括多个打孔膜盘时，多个所述打孔膜盘并联，并且多个所述打孔膜盘的厚度相等；

所述打孔膜盘设置有若干个通孔。

进一步的，多个所述打孔膜盘并联时，多个打孔膜盘的通孔位置对应。

进一步的，位于所述打孔膜盘同一个同心圆上的通孔的孔径相同；位于所述打孔膜盘同一个径向方向上的通孔的孔径不同，同时，打孔膜盘同一个径向方向上的相邻的两个通孔圆心之间的距离相等。

一种打孔膜盘联轴器的设计方法，包括如下步骤：

设打孔膜盘的厚度为h，打孔膜盘径向孔间距为d₁；

打孔膜盘的半径ρ处，宽度为d的圆环面积S_ρ：

d＝d₁；

圆环面积乘以打孔膜盘的厚度得到的圆环体积V_ρ：V_ρ＝S_ρ·h；

打孔膜盘的半径ρ处对应的等强度模型的厚度t_ρ：

式中，t₀为等强度模型最薄处的厚度，ρ₀为等强度模型最薄处的半径；

圆环面积乘以等强度模型的厚度得到的等强度模型的体积V′_ρ：V′_ρ＝S_ρ·t_ρ；

待删除体积ΔV_ρ：ΔV_ρ＝V_ρ-V′_ρ；

打孔膜盘的半径ρ处待打孔的个数n_ρ与该处通孔的半径r的关系为：

如果待打孔的个数n_ρ固定，则通孔的半径r为：

如果通孔的半径r固定，则待打孔的个数n_ρ为：

本发明的有益效果：

①具备优良的力学特征：可通过布置沿径向方向不同孔径的通孔，使之具备复杂应力下的近似等强度特征；

②重量更轻：与叠片相比，通过打孔即设置通孔，极大降低了整个膜盘的重量具备更高的安全裕度；

③具备更大的刚度调节能力：通过膜盘打孔，降低了联轴器的轴刚度和弯曲刚度，使之具备更大的吸收各向误差的能力；总厚度相同的情况下，可通过改变膜盘的个数来调整膜盘的轴刚度和弯曲刚度；可通过调整孔的个数及孔间沿膜盘径向方向的间距，调整膜盘的应力分布、轴刚度和弯曲刚度；

④易于加工：本发明采用平的圆盘进行打孔即可，与普通膜盘相比，由于不需要加工工况应力下的等强度盘面曲线，加工难度大大降低。

⑤如采用多个膜盘并联的形式，具备多片备份的优点，即单个膜盘失效，仍能安全服役一段时间。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的打孔膜盘联轴器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的打孔膜盘联轴器的剖面图；

图3是本发明实施例提供的打孔膜盘联轴器的零件图；

图4是本发明实施例提供的打孔膜盘盘面的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的打孔膜盘盘面设计的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-打孔膜盘，2-中间轴，3-法兰，4-通孔，5-螺栓孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种打孔膜盘1联轴器及其设计方法，是能够用于重载旋转轴系上的特殊膜盘联轴器，能传递超大扭矩、重量轻、易于加工，有较低的弯曲刚度及轴刚度，能吸收较大角误差及轴向误差。

如图1至图3所示，一种打孔膜盘1联轴器，包括中间轴2和设置在中间轴2两端的膜盘组；

膜盘组包括一个或者多个打孔膜盘1，打孔膜盘1设置有若干个通孔4，膜盘组包括多个打孔膜盘1时，多个打孔膜盘1并联，多个打孔膜盘1并联时，打孔膜盘1的通孔4位置对应。并且多个打孔膜盘1的厚度相等。

本实施例中，中间轴2两端均设有法兰3，膜盘组通过螺栓与中间轴2的法兰3连接，膜盘组可以是一个打孔膜盘1，也可以是多个打孔膜盘1并联组成的，多个打孔膜盘1并联即多个打孔膜盘1通孔4对应并排设置并同时与中间轴2连接，打孔膜盘1即在用于加工普通膜盘的平的圆盘上打通孔4。同一个打孔膜盘1联轴器的各个打孔膜盘1的结构均相同，即各个打孔膜盘1的厚度相等，打孔膜盘1上通孔4的位置和大小相同。打孔膜盘1最外缘的孔和最内缘的孔均为螺栓孔5，可根据安装要求来设置，最内缘的孔用于与中间轴2的法兰3连接。

如图4所示，位于打孔膜盘1同一个同心圆上的通孔4的孔径相同；位于打孔膜盘1同一个径向方向上的通孔4的孔径不同，同时，打孔膜盘1同一个径向方向上的相邻的两个通孔4圆心之间的距离相等。

如图5所示，一种打孔膜盘1联轴器的设计方法，包括如下步骤：

设打孔膜盘1的厚度为h，打孔膜盘1径向孔间距为d₁，打孔膜盘1径向孔间距即沿打孔膜盘1径向相邻的两个通孔4圆心之间的距离；

打孔膜盘1的半径ρ处，宽度为d的圆环面积即图5中两个虚线圆所夹的圆环的面积S_ρ：

并且，d＝d₁；

圆环面积乘以打孔膜盘1的厚度得到的圆环体积V_ρ：V_ρ＝S_ρ·h；

打孔膜盘1的半径ρ处对应的等强度模型的厚度t_ρ：

式中，t₀为等强度模型最薄处的厚度，ρ₀为等强度模型最薄处的半径；

圆环面积乘以等强度模型的厚度得到的等强度模型的体积V′_ρ：V′_ρ＝S_ρ·t_ρ；

待删除体积ΔV_ρ：ΔV_ρ＝V_ρ-V′_ρ；

打孔膜盘1的半径ρ处待打孔的个数n_ρ与该处通孔4的半径r的关系为：

如果待打孔的个数n_ρ固定，则通孔4的半径r为：

如果通孔4的半径r固定，则待打孔的个数n_ρ为：

本发明中，r为通孔4的半径即为该处通孔4删除体积的半径。

实施例

如图5所示，打孔膜盘1的外径和内径采用与普通膜盘的外径和内径一致，打孔膜盘1的外径为720mm，内径为300mm，打孔膜盘1径向孔间距d₁＝18mm，普通膜盘等强度模型最薄处的厚度t₀＝4.5mm，普通膜盘等强度模型最薄处的半径ρ₀＝340mm，通过普通膜盘厚度计算公式计算得到膜盘组的总厚度11.272mm，再根据打孔膜盘1联轴器的刚度要求进行剖分成n片打孔膜盘1，每片打孔膜盘1厚度的为11.272/n，本实施例令n＝2，即每片厚度5.636mm，根据打孔膜盘1最小环向孔间距大于等于其最小径向孔间距的原则，令n_ρ＝80，则打孔膜盘1径向孔间距和通孔4的半径如表1所示，本实施例打孔膜盘1外缘的螺栓孔5的孔心距为375mm，孔径18mm，孔的个数为36个；打孔膜盘1内缘的螺栓孔5的孔心距为195mm，孔径30mm，孔的个数16个。

表1打孔膜盘径向孔间距和通孔的半径

序号	径向孔间距(mm)	通孔的半径(mm)
			1	241.24	5.157
2	263.13	6.666
			3	285.38	7.817
4	307.83	8.768
			5	303.41	9.587

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种打孔膜盘联轴器的设计方法，用于设计打孔膜盘联轴器，其特征在于，所述打孔膜盘联轴器包括中间轴和设置在中间轴两端的膜盘组；

所述膜盘组包括一个或者多个打孔膜盘，所述膜盘组包括多个打孔膜盘时，多个所述打孔膜盘并联，并且多个所述打孔膜盘的厚度相等，多个打孔膜盘的通孔位置对应；

所述打孔膜盘设置有若干个通孔；

位于所述打孔膜盘同一个同心圆上的通孔的孔径相同；位于所述打孔膜盘同一个径向方向上的通孔的孔径不同，同时，打孔膜盘同一个径向方向上的相邻的两个通孔圆心之间的距离相等；

所述打孔膜盘联轴器的设计方法包括如下步骤：

设打孔膜盘的厚度为h，打孔膜盘径向孔间距为d₁；

打孔膜盘的半径ρ处，宽度为d的圆环面积S_ρ：

圆环面积乘以打孔膜盘的厚度得到的圆环体积V_ρ：V_ρ＝S_ρ·h；

打孔膜盘的半径ρ处对应的等强度模型的厚度t_ρ：

式中，t₀为等强度模型最薄处的厚度，ρ₀为等强度模型最薄处的半径；

圆环面积乘以等强度模型的厚度得到的等强度模型的体积V′_ρ：V′_ρ＝S_ρ·t_ρ；

待删除体积ΔV_ρ：ΔV_ρ＝V_ρ-V′_ρ；

打孔膜盘的半径ρ处待打孔的个数n_ρ与该处通孔的半径r的关系为：

2.根据权利要求1所述的打孔膜盘联轴器的设计方法，其特征在于，d＝d₁。

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