CN111615592B - 联轴器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种联轴器，该联轴器包括：在第一端(1‑1)处由轴承支撑的第一轴(1)和在第二端(2‑2)处由轴承支撑的第二轴(2)。所述第一轴(1)和第二轴(2)同轴地布置，使得第一轴(1)的第二端(1‑2)抵靠着第二轴(2)的第一端(2‑1)。在第一轴(1)的第二端(1‑2)的端面上有凹槽(6)，并且突起(7)从第二轴(2)的第一端(2‑1)的端面突出，并且所述凹槽(6)接收所述突起(7)。该联轴器包括唯一的第三轴承(8)以及耦合器(9)，所述耦合器接收第一轴(1)的第二端(1‑2)和第二轴(2)的第一端(2‑1)。采用这种解决方案，在耦合点的结构不过载的情况下，在轴之间可以允许较大的径向误差。

Description

联轴器
技术领域
本发明涉及联轴器中的动力传递。
背景技术
先前已知在动力传递时将轴同轴地彼此连接，使得在第一和第二轴的第一和第二端处布置轴承，也就是说，联轴器包括总共四个轴承。
上述解决方案的问题是，由于轴的安装，轴之间的径向误差可能会导致轴的耦合点的结构承受较大的载荷。
发明内容
本发明的目的是研发一种允许解决上述问题的装置。
上述目的是通过一种联轴器实现的，所述联轴器包括具有第一端和第二端的第一轴，以及布置在第一端附近的第一轴承，并且本发明进一步包括具有第一端和第二端的第二轴，以及布置在第二端附近的第二轴承，并且所述第一轴和第二轴同轴地布置，使得第一轴的第二端抵靠着第二轴的第一端。
在所述第一轴的第二端的端面上有凹槽，并且有从第二轴的第一端的端面突出的突起，并且所述凹槽接收所述突起，使得突起的侧表面和凹槽的侧表面彼此抵靠着设置。突起的侧面或凹槽的侧面或者两个所述侧面在第一轴和第二轴的轴向方向上是弯曲的形状。
为了支撑第一轴和第二轴，除了所述第一轴承和第二轴承之外，联轴器包括布置在第一轴和第二轴的耦合点附近的唯一的第三轴承。
联轴器进一步包括耦合器，所述耦合器接收第一轴的第二端和第二轴的第一端，并且使它们彼此不可旋转地连接，使得在所述第一轴与第二轴之间传递动力。
这种联轴器允许轴之间的较大的径向误差，也就是说，轴不需要像已知解决方案中那样精确地成直线，而不会在轴的耦合点结构上产生较大的额外载荷。
有利地，所述第三轴承布置在所述第一轴的第二端附近。
有利地，所述第三轴承布置在所述第二轴的第一端附近。
有利地，所述第一轴的第二端的外表面为与所述耦合器的内表面相对应的形状，以防止它们相互旋转，并且所述第二轴的第一端的外表面形成为与所述耦合器的内表面相对应，以防止它们相互旋转。
有利地，所述耦合器至少部分地包围所述第一轴和所述第二轴。
有利地，所述第一轴与所述第二轴之间的联轴器另外包括第一O形环和第二O形环，以确保所述联轴器的紧密性。
有利地，所述第一O形环布置在所述第一轴的第二端附近，并且所述第二O形环布置在所述第二轴的第一端附近。
有利地，所述联轴器包括所述第一轴与第二轴之间的固定环。
有利地，所述第一轴是电机轴，并且所述第二轴是齿轮轴。
有利地，所述第一轴是齿轮轴，并且所述第二轴是电机轴。
有利地，所述第一轴的第二端、所述第二轴的第一端和所述耦合器的内表面包括齿轮装置。
附图说明
现在将结合优选实施例，参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1是本发明第一实施例的横截面图；以及
图2是图1的实施例的放大横截面图；以及
图3是第一轴、第二轴和耦合器的齿轮装置的概念图。
具体实施方式
图1通过示例示出了联轴器的第一实施例的整体视图。参见图1，所述实施例包括具有第一端1-1和第二端1-2的第一轴1和布置在第一端1-1附近的第一轴承3。联轴器进一步包括具有第一端2-1和第二端2-2的第二轴2以及布置在第二端2-2附近的第二轴承4。所述第一轴1和第二轴2同轴地布置，换句话说，两个轴的中心线在同一轴线5上。所述轴进一步布置成第一轴1的第二端1-2抵靠着第二轴2的第一端2-1。第一轴1可以是电机轴，并且第二轴2可以是齿轮轴，如图1通过示例示出。
除了所述第一轴承3和第二轴承4之外，为了支撑第一轴1和第二轴2，联轴器包括布置在第一轴1和第二轴2的耦合点附近的唯一第三轴承8。在图1的实施例中，所述第三轴承8在齿轮侧上布置在第二轴2的第一端2-1附近。因此，整个联轴器的支撑轴的轴承不超过三个。
图2是图1的实施例的放大横截面图。图2示出了：在第一轴1的第二端1-2的端面上有凹槽6，并且有从第二轴2的第一端2-1的端面突出的突起7，并且所述凹槽6接收所述突起7，使得突起的侧面和凹槽的侧面抵靠着彼此设置。所述突起7的侧面或凹槽6的侧面或两个所述配合面是沿第一轴1和第二轴2的轴向方向弯曲的形状。在这个示例中，考虑到第一轴1和第二轴2在组装时可以轴向配合，所述突起7是鼓形的，并且所述凹槽6的侧面的形状与突起7的侧面的形状相匹配。本文中的术语“鼓形”是指突起的直径在其中心部分最大，并且当远离中心部分轴向移动时，突起7的直径减小。
根据示例，突起7被制成鼓形，并且凹槽6被制成直圆柱形。选择突起7和凹槽6的相互形状的关键是第一轴1和第二轴2在径向上相互支撑，但所述轴在被支撑时保持相互设置到彼此上，即使它们在轴的纵轴之间存在微小的角度误差。
图2进一步示出了联轴器包括耦合器9。所述耦合器9接收第一轴1的第二端1-2和第二轴2的第一端2-1，并且使它们彼此不可旋转地连接，以便在所述第一轴1与第二轴2之间传递动力。
在图2的实施例中，所述耦合器9包围第一轴1的第二端1-2和第二轴2的第一端2-1。第一轴1的第二端1-2的外表面为与耦合器9的内表面相对应的形状，以防止它们相互旋转；并且类似地，第二轴2的第一端2-1的外表面为与耦合器9的内表面相对应的形状，以防止它们相互旋转。耦合器9在第一轴1与第二轴2之间形成槽/联轴器。
图2中所示的第一联轴器的特征是耦合器9在第一轴1与第二轴2之间传递扭矩，即，防止轴的相互旋转。第一轴的第二端1-2和装配在一起的第二轴的第一端2-1之间的间隙的特征在于，通过它们的装配，可以防止突起7和凹槽6的径向位移。
通常，这种联轴器包括四个轴承。然而，在图1和图2所示的实施例中不需要第四轴承。三个轴承的支撑布置以及第一轴1的第二端1-2和第二轴2的第一端2-1的成形允许轴之间的径向误差稍大，而没有所述耦合器和/或轴承在每次旋转时承受过大的载荷。这反过来又延长了装置的使用寿命，并减少了停机时间以及轴的对齐工作的量。在图2的实施例中，第一轴1与第二轴2之间的联轴器另外包括第一O形环10和第二O形环11，以确保联轴器的紧密性。第一O形环10布置在第一轴1的第二端1-2附近，并且第二O形环11布置在第二轴2的第一端2-1附近。此外，联轴器包括第一轴1与第二轴2之间的固定环12。
在第一轴1和第二轴2的轴承中，为两者保留一个这样的轴承，所述轴承接收轴向载荷。因此，联轴器不受大的轴向力。联轴器在轴向方向上具有小的间隙，允许在第一轴的第二端1-2与第二轴的第一端之间的小的轴向移动。这个小的间隙满足了轴的制造公差、安装精度、热运动等要求。组装之后，在轴的面之间保留沿轴向方向的间隙，所述间隙略大于固定环的厚度。这样，即使通过在面处的剪切环，轴也不会彼此接触。其目的是使轴仅通过突起和凹槽的圆柱形或近圆柱形(例如鼓形)的侧面彼此接触。
通过所述O形环，在耦合区域内密封封闭的润滑脂室。在组装过程中，在润滑脂室中提供凡士林，以布置润滑脂润滑。在第一轴1的第二端1-2与第二轴2的第一端2-1之间，布置有固定环12，其任务是确保耦合器9在轴向方向上的位置，使得耦合器9不会一直轴向移动到O形环上，并且，O形环没有承受剪切的可能性。固定环12是内环，在耦合器9的组装过程中，在耦合器9的内表面上进行内部旋转切割出一个圆形槽13。槽13的深度略微达到内齿轮装置，但槽13的轮廓从内向外延伸的深度不足以一直延伸到轴向齿轮装置的槽的底部。
图3是作为示例的第一轴1、第二轴2和耦合器9的齿轮装置的概念图。图3没有按比例，并且所示部分可以与所示的不同。在图3的示例中，第一轴1的第二端1-2包括第一齿轮装置14，第二轴2的第一端2-1包括第二齿轮装置15，并且耦合器9的内表面包括第三齿轮装置16。此外，在图3中，耦合器9的横截面示出了第三齿轮装置16。关于轴之间的潜在角度误差，可以在联轴器上布置更大的公差，使得在齿轮装置14、15的至少一个上制造稍微呈鼓形的齿轮装置，而不是直齿轮装置。
与耦合器连接的联轴器的优点是，它相对于旋转而言是平衡的，与布置有平行键的联轴器不同，布置有平行键的联轴器在旋转方面是不平衡的。与耦合器连接的联轴器的特别优点是，联轴器的轴可以在更高的转速范围内旋转。例如，先前已知的解决方案是，轴通过爪形离合器耦合，并且在4500RPM转速下旋转会导致在80到100mm范围内的轴直径的损坏。本发明的联轴器和解决方案在9000RPM的转速范围内成功工作。
有利地，耦合器通过拉削制造，使得在其上实现内部轴向齿轮传动。在拉削过程中，长的刀具被拉过耦合器，有利地只需一次拉动，就可以切下所需的齿轮。刀具具有齿轮装置的形状，但刀具的齿轮是耦合器齿轮的负齿轮。对于齿轮装置常见的是，梯形齿轮具有30度的齿侧角。
在电机轴和齿轮轴的联轴器中，先前已知的是，在电机侧和齿轮侧上都布置了与耦合点相连的法兰，位于电机轴的第二端和齿轮轴的第一端附近的轴承已布置在所述法兰内。然而，图1的实施例仅包括一个法兰17，所述法兰包括第三轴承8。所述法兰17布置在齿轮侧上，仅在第二轴2的第一端2-1附近，而因此电机侧上根本没有法兰。替代地，所述法兰也可以布置在电机侧上，由此第三轴承将位于第一轴的第二端附近，并且相应地，齿轮将根本不包括法兰。第二法兰的去除是有利的，因为这会缩短联轴器的总尺寸，从而节省空间。
在公开的第一实施例中，还假设：第一轴是电机轴，并且第二轴是齿轮轴。替代地，第一轴可以是齿轮轴，并且第二轴是电机轴。图中还示出了，轴的耦合点在电机侧上。然而，耦合点也可以位于齿轮侧上。此外，在所述实施例中，耦合器布置为包围第一轴和第二轴的耦合点。替代地，耦合器可以仅部分地包围所述轴，或者位于轴之间。
轴承的最有利的定位方法是将两个轴承放置在齿轮侧上，并且另一个放置在电动机上。在这种情况下，通过互连轴来布置联轴器所引起的潜在误差相对于联轴器形成在电机轴的外端上，即，在气隙端侧上。这样，误差的影响可以转移到无关紧要的程度。
替代方法是，将两个轴承放置在电动机上，并且另一个放置在靠近联轴器的齿轮装置上，并且轴位置的潜在误差移动到齿轮上，进一步远离联轴器。在此，在齿轮轴上，在相对于联轴器的另一端处，可以有啮合接触的齿轮，然而，啮合接触并没有形成很大的偏差，因为与齿轮有关的轴的小位移(即误差)相对较远，即，在联轴器端侧上。
当组装电机和齿轮时，不同直径的相互放置被设计成使得部件在轴向彼此靠近时可以分步进行组装。在轴向方向上，将耦合器适配在轴的两端上，将轴连接，最后将电动机和齿轮的法兰连接件彼此连接。
轴的典型材料应如此选择：最硬的材料位于齿轮的轴中，并且这可以例如是渗碳钢。第二硬的材料在电动机的轴中，并且这可以例如是回火钢，如42CrMo4。耦合器由软钢制成，如结构钢。
在第一轴的第二端与第二轴的第一端之间，已经布置了相互支撑，这种支撑可以代替传统技术方案中的一个轴承，如已知的，传统技术方案使用总共四个轴承。因此，在本发明的联轴器中，将轴承的数量由四个减少到三个，并且，结构采用通过一个相互支撑来补充的三个轴承。本发明的解决方案进一步针对轴的中心对中心耦合，所述耦合考虑了轴的耦合中的三个自由度，如下所示：
-轴向运动(相应地，轴向力)在小范围内是允许的，但在大范围内被结构中形成的障碍物或套环阻止；
-径向运动(相应地，径向力)受到突起的侧面和凹槽的侧面的限制；以及
-旋转运动(相应地，扭矩)通过耦合器来限制，所述耦合器使第一轴和第二轴不可旋转地彼此连接。
本发明的联轴器至少适用于尺寸范围在10至30mm之内的轴。通过所述联轴器，动力传递的两个轴可以彼此耦合，使得可以实际上消除它们之间的角度误差或径向误差的影响。在现有技术解决方案中，例如在轴径小于20mm的尺寸范围内，应实现小于0.05mm的径向误差。在0.1mm径向误差范围内，耦合接头上会产生很大的应变，从而使动力传递在相对短的时间内失效。本领域技术人员将发现其显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以多种不同的方式来实现。因此，联轴器及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围之内变化。

Claims (11)

1.一种联轴器，其包括，
第一轴(1)，所述第一轴具有第一端(1-1)和第二端(1-2)，并且第一轴承(3)布置在所述第一端(1-1)附近，以及
第二轴(2)，所述第二轴具有第一端(2-1)和第二端(2-2)，并且第二轴承(4)布置在第二端(2-2)附近，并且所述第一轴(1)和第二轴(2)同轴地布置，使得所述第一轴(1)的第二端(1-2)抵靠着所述第二轴(2)的第一端(2-1)，其中
在所述第一轴(1)的第二端(1-2)的端面上有凹槽(6)，并且有从所述第二轴(2)的第一端(2-1)的端面突出的突起(7)，并且所述凹槽(6)接收所述突起(7)，使得所述突起(7)的侧面和所述凹槽(6)的侧面彼此抵靠着设置，并且
所述突起(7)的侧面或所述凹槽(6)的侧面或者两个所述侧面在所述第一轴(1)和第二轴(2)的轴向方向上是弯曲的形状，并且
除了所述第一轴承(3)和第二轴承(4)之外，为了支撑所述第一轴(1)和第二轴(2)，所述联轴器包括布置在所述第一轴(1)和第二轴(2)的耦合点附近的唯一的第三轴承(8)，并且
所述联轴器进一步包括耦合器(9)，所述耦合器接收所述第一轴(1)的第二端(1-2)和所述第二轴(2)的第一端(2-1)，并且使它们彼此不可旋转地连接，以便在所述第一轴(1)与第二轴(2)之间传递动力。
2.如权利要求1所述的联轴器，其中
所述第三轴承(8)布置在所述第一轴(1)的第二端(1-2)附近。
3.如权利要求1所述的联轴器，其中
所述第三轴承(8)布置在所述第二轴(2)的第一端(2-1)附近。
4.如权利要求1-3中任一项所述的联轴器，其中
所述第一轴(1)的第二端(1-2)的外表面为与所述耦合器(9)的内表面相对应的形状，以防止它们相互旋转，并且
所述第二轴(2)的第一端(2-1)的外表面形成为与所述耦合器(9)的内表面相对应，以防止它们相互旋转。
5.如权利要求1-3中任一项所述的联轴器，其中
所述耦合器(9)至少部分地包围所述第一轴(1)和所述第二轴(2)。
6.如权利要求1-3中任一项所述的联轴器，其中
所述第一轴(1)与所述第二轴(2)之间的联轴器另外包括第一O形环(10)和第二O形环(11)，以确保所述联轴器的紧密性。
7.如权利要求6所述的联轴器，其中
所述第一O形环(10)布置在所述第一轴(1)的第二端(1-2)附近，并且所述第二O形环(11)布置在所述第二轴(2)的第一端(2-1)附近。
8.如权利要求1-3中任一项所述的联轴器，其中
所述联轴器包括所述第一轴(1)与第二轴(2)之间的固定环(12)。
9.如权利要求1-3中任一项所述的联轴器，其中
所述第一轴(1)是电机轴，并且所述第二轴(2)是齿轮轴。
10.如权利要求1-3中任一项所述的联轴器，其中
所述第一轴(1)是齿轮轴，并且所述第二轴(2)是电机轴。
11.如权利要求1-3中任一项所述的联轴器，其中
所述第一轴(1)的第二端(1-2)、所述第二轴(2)的第一端(2-1)和所述耦合器(9)的内表面包括齿轮装置。
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