CN111886418B - 挠性联接件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挠性联接件（1），该挠性联接件用于联接第一轴和第二轴并且包括：‑外部主体（10），该外部主体包括被构造成固定至第一轴的第一端部（11）、被构造成固定至第二轴的第二端部（12）以及固定至径向内部面（13）的至少一个第一齿（15），‑固定至外部主体（10）的内部主体（20），内部主体（20）具有径向外部面（21）以及固定至所述径向外部面（21）的至少一个第二齿（22），第一齿（15）和第二齿（22）被构造成当将扭矩施加至外部主体（10）的第一端部（11）时发生接触，以便通过内部主体（20）的中介作用将所述扭矩传递至外部主体（10）的第二端部（12）。

Description

挠性联接件

技术领域

本发明涉及一种特别是在航空领域中的用于两个旋转轴的挠性联接装置。

背景技术

作为涡轮喷气发动机的发展的一部分，将完整的模块（风扇部分、低压涡轮等）安装在测试台上以被测试。在安装时，由于待测试的机器和工作台构成两个独立的模块，因此机器的旋转轴线与工作台的旋转轴线之间存在系统性的错位，并因此存在无法将机器的旋转轴与工作台的旋转轴联接在一起的风险。

在包括减速机构的涡轮喷气发动机中（特别是在风扇部分与低压轴之间）也存在这种风险：寻求隔离减速机构，以限制变形和原动力向减速机构的部件的传递。

为此，在驱动轴与从动轴之间的接合部处安装被称为挠性联接件的联接件。挠性联接件是公知的装置，用于使两个轴旋转地连接，这两个轴可能会出现其各自轴线的错位或这些轴沿着其轴线进行定位的偏差。航空中使用的挠性联接件必须具有用于减少的空间需求的高性能，但是轴的错位和轴向偏移程度低。直径可以小于100mm的这种挠性联接件通常在温度达到1000℃时以2000020转/毫米的速度传递1000Nm的扭矩，并且针对预定使用寿命必须具有总可靠性。

这些挠性联接件不仅允许对两个轴的线之间的错位进行管理，而且允许使机器的动态响应与工作台的动态响应分离。挠性联接件系统地成对安装，其间具有连接轴，以便对从动轴（机器轴）与驱动轴（主动轴）之间的错位进行管理。

然而，所使用的挠性联接件通常由专门的制造商供应，从而使得难以控制其柔软性特征。特别地，锥形刚度（对应于错位扭矩与角度错位之间的比率，以m.KN/弧度表示）从未被制造商表征。

然而，该刚度的值直接影响机器的动态情况（谐波不平衡下的负载、临界模式的频率）。因此，在设计涡轮机时，了解该量是至关重要的。

另一方面，对于低的锥形刚度，挠性联接件必须柔软，这伴随着较低的机器扭矩强度：挠性联接件越柔软，其传递的扭矩就越小。

另外，挠性联接件通常由被固定在两个凸缘上的薄片的叠垛组成（特别地参见申请人为HISPANO SUIZA的文献FR 2 728 636和FR 2 756 889），这使得这些挠性联接件不是非常轴对称（围绕轴线的质量分布不均匀）。结果，这些挠性联接件的平衡不能很好地完成，这导致限制了轴可达到的最大速度。

最后，如挠性薄片联接件的前述示例所示，由于存在大量的组装元件（用于固定薄片的螺钉、用于与轴联接的螺钉），组件的质量很大，这会损害机器和测试台的整体动态特性，或者如果涡轮喷气发动机包括减速机构，则这会损害涡轮喷气发动机的整体动态特性。实际上，特别是在航空领域中，寻求使悬置在轴上的质量最小化，以将第一弯曲模式维持在测试机的最大速度以上。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种新的系统，该系统使得能够联接驱动轴和从动轴，该驱动轴和从动轴可以具有低的锥形刚度以及良好的扭矩强度，同时克服了对驱动轴可达到的转速的限制。

其次，本发明的目的还在于提出一种不需要组装元件的系统，该系统简单、易于安装且不需要明显的改变来适配驱动轴和从动轴。

为此，本发明提出了一种挠性联接件，该挠性联接件被构造成联接第一轴和第二轴，所述挠性联接件的特征在于，所述挠性联接件包括：

- 外部主体，该外部主体是围绕轴线的基本上圆柱形的回转体，所述外部主体包括被构造成固定至第一轴的第一端部、被构造成固定至第二轴的第二端部以及连接第一端部和第二端部的连接部段，外部主体具有径向内部面并且至少包括被固定在径向内部面上的第一齿，

- 内部主体，该内部主体是基本上圆柱形的回转体，该内部主体在被固定至连接部段的同时被设置在外部主体的内部，内部主体具有径向外部面并且至少包括被固定在所述径向外部面上的第二齿。

第一齿和第二齿被构造成当将扭矩施加至外部主体的第一端部时发生接触，以便借助于内部主体将所述扭矩传递至外部主体的第二端部。

上述的挠性联接件的某些优选但非限制性的方面如下，这些方面可被单独或组合使用：

- 挠性联接件包括多个第一齿和一样多的第二齿，每个第一齿被构造成当将扭矩施加至外部主体的第一端部时与相应的第二齿发生接触，以便借助于内部主体将所述扭矩传递至外部主体的第二端部。

- 连接部段包括至少一个节点板（soufflet），以允许第一端部相对于第二端部进行移位。

- 外部主体包括驱动部分和从动部分，驱动部分和从动部分借助于内部主体连接在一起。

- 至少一个节点板由从外部主体的径向外部面突出的至少一个环形波纹形成，该至少一个节点板具有相对于外部主体的驱动部分径向地延伸的第一壁、被固定在内部主体上的第二壁以及连接第一壁和第二壁的顶点。

- 第一节点板将外部主体的驱动部分连接至内部主体，挠性联接件进一步包括第二节点板，该第二节点板将内部主体连接至外部主体的从动部分，挠性联接件关于径向平面对称，所述径向平面正交于轴线，并且外部主体的第一端部和第二端部被构造成分别插入至在第一轴和第二轴中形成的相应的容置部中，并且其中，第一端部和第二端部包括至少一个支承表面，该支承表面沿着轴线延伸并且被构造成支承抵靠相应的容置部的壁。

- 第一端部和第二端部包括至少三个支承表面，这三个支承表面成对地通过凹槽分开。

- 外部主体的第一端部和第二端部被构造成分别插入至在第一轴和第二轴中形成的相应的容置部中，并且其中，第一端部和第二端部各自包括至少一个凸耳，该至少一个凸耳被构造成穿入在相应的容置部的壁中形成的相关联的槽中，和/或

- 外部主体和内部主体是整体的。

附图说明

通过阅读下面的详细描述并参考通过非限制性示例给出的附图，本发明的其他特征、目的和优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出了根据本发明的挠性联接件的示例性实施例的透视图。

图2a示出了当将扭矩施加至不具有第一齿和第二齿22的挠性联接件的第一端部和第二端部时在该挠性联接件中的应力分布。

图2b示出了当将扭矩施加至图1的挠性联接件的第一端部和第二端部时在图1的挠性联接件中的应力分布。

图3是图1的挠性联接件的节点板部分的剖视图。

图4是在通过增材制造来制造所述挠性联接件之后并且在使所述齿分开之前的挠性联接件的第一齿和第二齿22的透视图。

具体实施方式

根据本发明的挠性联接件1被构造成将第一轴或驱动轴联接至第二轴或从动轴。

为此，挠性联接件1包括第一主体10和第二主体20，第一主体10被牢固地固定至第二主体。

第一主体10是围绕轴线X的基本上圆柱形的回转体。该第一主体包括被构造成固定在驱动轴上的第一端部11以及被构造成固定在从动轴上的第二端部12。第一主体10进一步具有朝向轴线X定向的径向内部面13以及径向外部面14。

第二主体20也是基本上圆柱形的回转体。该第二主体延伸至第一主体10中并且优选地与第一主体是整体的。第二主体20具有径向外部面21，该径向外部面与第一主体10的径向内部面13相对地延伸。因此，内部主体20的直径小于外部主体10的直径。

此外，在附图中所示的实施例中，第一主体10包括具有第一端部11的驱动部分11a以及具有第二端部12的从动部分12a。第一主体10的驱动部分11a和从动部分12a彼此分开并且借助于第二主体20连接在一起。

关于“基本上圆柱形的回转体”，在此将理解的是，第一主体10和第二主体20具有回转圆柱体的总体形状，除了在局部区域，在该局部区域中，该第一主体和第二主体可以包括局部突起和/或局部凸起。

在下文中，为了使说明书的阅读简单，第一主体10将被称为外部主体10，并且第二主体20将被称为内部主体20。

外部主体10至少包括被固定在其径向内部面13上的第一齿15，而内部主体20至少包括被固定在其径向外部面21上的第二齿22。第一齿和第二齿22被构造成当将扭矩施加至外部主体10的第一端部11时发生接触，以便通过内部主体20传递力而将所述扭矩传递至外部主体10的第二端部12。

外部主体10可以包括多个第一齿15，而内部主体20包括一样多的第二齿22，例如大约十个，每个第一齿15被构造成与相关联的第二齿22发生接触，以便借助于内部主体20将扭矩从外部主体10的一个端部传递至另一个端部。第一齿15和第二齿22优选地分别均等地分布在外部主体10的径向内部面13和内部主体20的径向外部面21上。

第一齿15和第二齿22分别与外部主体10和内部主体20一体地形成并且形成为一体件（即，形成为整体部分）。

为了赋予挠性联接件1挠性并因此允许补偿驱动轴与从动轴之间的轴向偏移和径向偏移以及弯曲错位，挠性联接件1进一步包括节点板16，该节点板在外部主体10与内部主体20之间延伸，以便允许相对于轴线X的径向移位、轴向移位和弯曲移位。

更具体地，在附图中所示的实施例中，外部主体10的驱动部分11a和从动部分12a彼此分开并且借助于节点板16和内部主体20连接在一起。

优选地，挠性联接件1是对称的并且包括两个节点板16，第一节点板16将外部主体10的驱动部分11a连接至内部主体20，而第二节点板16将内部主体20连接至从动部分12a。

节点板16可以由至少一个环形波纹形成并且从外部主体10的径向外部面14突出。因此，节点板16具有在轴线X的方向上成波纹状的回转圆柱体的形状。在此，节点板16各自包括一个波纹。然而，这并非限制性的，每个节点板16能够包括大于或等于两个的多个波纹。以本身已知的方式，波纹状圆柱体的每个波纹具有倾斜的并通过倒圆的顶点16b连接在一起的两个壁16a、16c。根据挠性联接件1所需的锥形刚度来调节两个壁16a、16c之间的角度α、它们的厚度e以及高度h（节点板16的顶点16b和内部径向端部之间的尺寸）。以本身已知的方式，可以使用计算机辅助设计软件来确定这些参数（角度α、厚度e、高度h）。

节点板16的一个壁16a连接至外部主体10的部分之一，而该节点板的另一个壁16c连接至内部主体20。因此，在附图中，节点板16的最接近第一端部11的壁16a连接至外部主体10的驱动部分11a，而该节点板16的另一个壁16c连接至内部主体20。此外，节点板16的最接近第二端部12的壁16a连接至外部主体10的从动部分12a，而该节点板16的另一个壁16c连接至内部主体20。由于内部主体20被容纳在外部主体10中，因此每个节点板16的壁16c的高度h大于壁16a的高度。

特别地，可以参考图2a和图2b，图2a和图2b示出了当将扭矩施加至如下这两个挠性联接件的第一端部和第二端部时，在不具有齿的挠性联接件1中的应力（图2a）和在根据本发明并且包括齿15、22的挠性联接件1中的应力（图2b）。特别地，在这些附图中示出了，当挠性联接件1不具有齿时，在该挠性联接件1中的最大应力集中在其节点板16中（图2a），其中，该最大应力达到最大值。另一方面，当挠性联接件1包括第一齿15和第二齿22时，应力分布在内部主体20中而不是集中在节点板16处。此外，在根据本发明的挠性联接件1（图2b）中的应力的最大值没有达到在不具有齿的挠性联接件1（图2a）中的应力所达到的最大值。因此，第一齿15和第二齿22允许使节点板16机械短路，该节点板在其经受扭矩时向挠性联接件1提供挠性，从而防止扭矩通过挠性部分传递，并因此限制了可被施加的扭矩以及驱动轴和从动轴可达到的转速。换句话说，因此可以调整节点板16的参数，以便以独立于挠性联接件1的扭矩强度的方式获得期望的锥形刚度。

挠性联接件1的第一端部11和第二端部12被构造成分别连接至驱动轴和从动轴。为此，驱动轴和从动轴各自包括由内壁限定的容置部，所述容置部被构造成容纳相应的端部。

为了将挠性联接件1牢固地连接至驱动轴和从动轴，外部主体10的第一端部11和第二端部12各自包括至少一个支承表面17（优选地包括至少三个支承表面17，以便确保挠性联接件1的平衡），该至少一个支承表面被构造成与相关联的容置部的内壁发生紧密接触。在一个实施例中，支承表面17成对地通过凹槽18分开，使得在操作中，挠性联接件1的转速产生离心力，该离心力趋于使支承表面17移动远离轴线X，并因此加强了挠性联接件1在驱动轴和从动轴的相关联的壁上的夹紧。

优选地，调节支承表面17，以便使其与相关联的容置部的壁的间隙为大约0.02mm（至0.01mm以内）。为此，例如在表征容置部之后可以通过车床对支承表面17进行再加工。

通常，每个轴中预先存在容置部。可替代地，容置部可以被专门制造为容纳挠性联接件1。

挠性联接件1进一步包括至少一个凸耳19，该至少一个凸耳从外部主体10的驱动部分11a的径向外部面14和外部主体10的从动部分12a的径向外部面径向地延伸。每个凸耳19被构造成穿入在相应的轴的容置部的壁中形成的相关联的槽，以便确保在驱动轴与从动轴之间传递扭矩。

优选地，外部主体10的第一端部11和第二端部12各自包括在其周界上沿周向均等地分布的至少三个凸耳19，以便确保挠性联接件1的平衡，相关联的容置部的壁至少包括一样多的互补槽。根据待传递的扭矩选择凸耳19的截面。可以特别地使用计算机辅助设计软件来进行这种尺寸设计。

优选地，挠性联接件1是整体和一体式的。因此，外部主体10的驱动部分11a、节点板16、内部主体20以及外部主体10的从动部分12a形成为整体部分，以便一体地形成并形成为一体件。因此，不需要诸如为螺钉、螺母、薄片等的组装元件，使得挠性联接件1简单、易于制造、质量轻并且能够被很好地平衡。由于它不需要翻折或夹紧，因此还减少了安装时间。

为此，特别地，挠性联接件1可以由金属（通常例如为钢）通过增材制造制成。在这种情况下，在增材制造期间，第一齿15和第二齿22可以是一体式的并且仅形成为一体件，然后，在第二步骤期间，该第一齿和第二齿可以例如通过电腐蚀彼此分开。因此，能够在每个相关联的第一齿和第二齿22之间获得约0.1mm的间隙。

在附图中未示出的一个实施例中，挠性联接件1包括第三齿（优选地包括与第一齿15一样多的第三齿），该第三齿从内部主体20的径向外部面21延伸，以便允许在两个旋转方向上使用挠性联接件1。于是，第三齿关于第一齿15而与第二齿22对称地定位。换句话说，每个第一齿15被第二齿22和第三齿包围。第三齿的存在允许在围绕其轴线X的两个旋转方向上使用挠性联接件1，使得第二端部12可以连接至驱动轴，同时第一端部11将连接至从动轴。

关于第二齿22所描述的特性对于这些第三齿也是有效的。同样地，第三齿可以在挠性联接件1的其余部分的增材制造期间通过将所述第三齿与相应的第一齿15和第二齿22一体地形成并且形成为一体件，然后通过将这些第三齿与第一齿15分开而制成。

因此，根据本发明的挠性联接件1可以独立于通常的制造商而容易地制造，并且允许根据应用的需要容易地调整其锥形刚度的值。

另外，由于通常足以在限定待联接的驱动轴和从动轴的容置部的壁中形成一个或多个槽，因此该挠性联接件仅需很少的改变以适配待联接的驱动轴和从动轴。

Claims (8)

1.一种挠性联接件（1），其特征在于，所述挠性联接件被构造成联接第一轴和第二轴，所述挠性联接件（1）包括：

- 外部主体（10），所述外部主体是围绕轴线（X）的圆柱形的回转体，所述外部主体（10）包括被构造成固定至所述第一轴的驱动部分（11a）、被构造成固定至所述第二轴的从动部分（12a）以及连接所述驱动部分（11a）和所述从动部分（12a）的连接部段，所述外部主体（10）的所述驱动部分（11a）和所述从动部分（12a）各自具有径向内部面（13）并且至少包括被固定在所述径向内部面（13）上的第一齿（15），

其中，所述连接部段包括内部主体（20），所述内部主体为圆柱形的回转体，所述内部主体被设置在所述外部主体（10）的内部同时借助于至少一个节点板（16）固定至所述驱动部分（11a）和所述从动部分（12a），以允许所述驱动部分（11a）相对于所述从动部分（12a）进行移位，所述内部主体（20）具有径向外部面（21）并且至少包括被固定在所述径向外部面（21）上的第二齿（22），

所述第一齿（15）和所述第二齿（22）被构造成当将扭矩施加至所述外部主体（10）的所述驱动部分（11a）时发生接触，以便借助于所述内部主体（20）将所述扭矩传递至所述外部主体（10）的所述从动部分（12a）。

2.根据权利要求1所述的挠性联接件（1），所述挠性联接件包括多个第一齿（15）和一样多的第二齿（22），每个第一齿（15）被构造成当将扭矩施加至所述外部主体（10）的第一端部（11）时与相应的第二齿（22）发生接触，以便借助于所述内部主体（20）将所述扭矩传递至所述外部主体（10）的第二端部（12）。

3.根据权利要求1所述的挠性联接件（1），其中，所述至少一个节点板（16）由从所述外部主体（10）的径向外部面突出的至少一个环形波纹形成，所述至少一个节点板（16）具有相对于所述外部主体（10）的驱动部分（11a）径向地延伸的第一壁（16a）、被固定在所述内部主体（20）上的第二壁（16c）以及连接所述第一壁（16a）和所述第二壁（16c）的顶点（16b）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的挠性联接件（1），其中，所述挠性联接件包括第一节点板，所述第一节点板将所述外部主体（10）的驱动部分（11a）连接至所述内部主体（20），所述挠性联接件（1）进一步包括第二节点板，所述第二节点板将所述内部主体（20）连接至所述外部主体（10）的从动部分（12a），所述挠性联接件（1）相对于径向平面对称，所述径向平面正交于所述轴线（X）。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的挠性联接件，其中，所述外部主体（10）的第一端部（11）和第二端部（12）被构造成分别插入至在所述第一轴和所述第二轴中形成的相应的容置部中，并且其中，所述第一端部（11）和所述第二端部（12）包括至少一个支承表面（17），所述至少一个支承表面沿着所述轴线（X）延伸并且被构造成支承抵靠所述相应的容置部的壁。

6.根据权利要求5所述的挠性联接件（1），其中，所述第一端部（11）和所述第二端部（12）包括成对地通过凹槽（18）分开的至少三个支承表面（17）。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的挠性联接件，其中，所述外部主体（10）的第一端部（11）和第二端部（12）被构造成分别插入至在所述第一轴和所述第二轴中形成的相应的容置部中，并且其中，所述第一端部（11）和所述第二端部（12）各自包括至少一个凸耳（19），所述至少一个凸耳被构造成穿入在所述相应的容置部的壁中形成的相关联的槽中。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的挠性联接件（1），其中，所述外部主体（10）和所述内部主体（20）是整体的。

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