CN112368485A - 联轴器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及下述结构：在分别设置于同为中空的驱动轴侧和从动轴侧的一对法兰之间，设有吸收未对准并从驱动轴向从动轴传递扭矩的柔性单元。在柔性单元设有衔接通路，该衔接通路对驱动轴和从动轴的中空区域进行衔接而形成冷却用流体的流通空间，在流通空间内生成从内部对驱动驱动轴使之旋转的驱动源进行冷却的冷却用流体的流动。将流通空间和外部空间之间用密封部进行密封，该密封部防止冷却用流体从流通空间向外部空间的泄漏。

Description

联轴器
技术领域
本发明涉及一种介于两轴间来传递旋转扭矩的联轴器。
背景技术
联轴器介于由驱动轴和从动轴组成的两轴间来传递旋转，此时，吸收两轴间的未对准。这样的联轴器有各种各样的种类，其中之一，有如日本国的实开昭64-048432号公报(专利文献1)、日本国的实开平01-119922号(专利文献2)记载那样的膜片联轴器。
在专利文献1、2中记载的膜片联轴器中，在相互相对的一对法兰之间配置中心管，将一对法兰和中心管用由金属薄板构成的膜片连结起来。一对法兰中的一方与驱动轴连结，另一方与从动轴连结。膜片的内径部固定于中心管的两端，膜片的外径部固定于法兰。护罩也被共同紧固于法兰。
专利文献1、2中记载的膜片联轴器在驱动轴和从动轴之间传递旋转扭矩，此时，通过膜片的变形来吸收轴向位移、轴偏移、角位移等未对准。
现有技术文献
专利文献:
专利文献1：日本实开昭64-048432号公报
专利文献2：日本实开平01-119922号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
近年来，作为包含膜片联轴器在内的系统的驱动源，大容量高输出的电机被开发出来并投入实际使用。在这样的电机中，发热导致的输出降低成为问题，一直在寻求对策。
关于这一点，由于已经确认通过冷却能够维持、提高电机的能力，所以考虑从外部对电机进行冷却。但是，对于从外部冷却的方式，无法期待高的冷却效率。
本发明的技术问题是高效率地冷却包含膜片联轴器在内的系统的驱动源。
用于解决技术问题的方案
本发明的联轴器包括：一对连结构件，分别设置于同为中空的驱动轴侧以及从动轴侧；扭矩传递部，介于所述一对连结构件之间，吸收未对准，并从所述驱动轴向所述从动轴传递扭矩；衔接通路，使所述驱动轴和所述从动轴的中空区域相衔接，形成冷却用流体的流通空间；和密封部，对所述流通空间和外部空间之间进行密封。
发明效果
根据本发明，由于冷却用流体能够由从动轴流向驱动轴，从而能够高效率地冷却驱动源。
附图说明
图1是示出一个实施方式的膜片联轴器的垂直剖视图。
图2中的(A)是放大地示出外周侧密封部的垂直剖视图，(B)是放大地示出内周侧密封部的垂直剖视图。
图3是示出另一实施方式的膜片联轴器的垂直剖视图。
图4是示出另一实施方式的膜片联轴器的垂直剖视图。
图5是示出另一实施方式的膜片联轴器的垂直剖视图。
图6是示出再一实施方式的膜片联轴器的垂直剖视图。
具体实施方式
说明几种实施方式。这些实施方式全部是对膜片联轴器的应用例。
(第一实施方式)
基于图1和图2的(A)(B)说明第一实施方式。本实施方式的膜片联轴器101介于由驱动轴201和从动轴301形成的两轴之间，从驱动轴201向从动轴301传递旋转扭矩，此时，吸收驱动轴201和从动轴301之间的未对准。驱动轴201例如由图中未示出的电机作为驱动源驱动而旋转。
如图1所示，驱动轴201以及从动轴301都是包括具有内孔202、302的中空结构的金属构件。这些内孔202、302与驱动轴201以及从动轴301同轴地设置，并且具有直径不变化的直线形状。与此相反，与膜片联轴器101连结的驱动轴201以及从动轴301的端部侧的外周面均成为倾斜面203、303，并具有越向前端直径越缩小的锥形形状。
膜片联轴器101在作为同轴上相互相对的连结部件的一对法兰111之间具有作为扭矩传递部的柔性单元131。
一对法兰111、即一方的法兰111L(图1中的左侧)和另一方的法兰111R都是圆环状的金属构件，并以位于中心部分的方式同轴地具有连结孔112。连结孔112供驱动轴201以及从动轴301嵌合，从而将法兰111连结固定于这些驱动轴201以及从动轴301。因此，连结孔112的内壁与驱动轴201以及从动轴301的倾斜面203、303的外形形状相匹配，具有越向外侧直径越扩大的锥形形状。
关于互相嵌合的驱动轴201和法兰111L、以及从动轴301与法兰111R的连结固定，作为一例采用液压压嵌。即，对法兰111L、111R施加液压使各自的连结孔112的孔径膨胀，并在将驱动轴201以及从动轴301插入于所述连结孔112后解除液压。由此，连结孔112的孔径复原，驱动轴201与法兰111L、从动轴301与法兰111R被连结固定。此时，产生两构件的外形所带有的锥形形状彼此配合的锥度配合。此外，关于相互嵌合的驱动轴201以及从动轴301与法兰111的连结固定，只要能维持其连结强度，能够通过任何方式实现。
这样被连结固定于驱动轴201以及从动轴301的一对法兰111(111L、111R)从作为驱动轴201和从动轴301的前端侧的一端侧的外周部分一体地设有凸缘状的安装片113。安装片113用于固定柔性单元131。
柔性单元131由中心管132、膜片133和护罩134构成。
中心管132是形成圆筒形状的中空状的金属构件，并且位于一对法兰111(111L、111R)之间，并与这些法兰111同轴地配置。这样的中心管132的配置是通过一对膜片133实现的。
膜片133是在内径部135和外径部136之间设有挠曲部137的圆板状的金属构件，并且在中心部分具有开口138。因此，与开口138连续的部分是内径部135。与这样的内径135以及外径部136相比，挠曲部137被薄壁化，当外径部136和内径135之间发生轴向位移、轴向偏移、角位移等时，会产生挠曲。
对于膜片133，将内径部135一体地固定于中心管132的两端，将外径部136紧固固定于一对法兰111。即，通过将内径部135接合于中心管132的两端部分而将膜片133与中心管132同轴地固定。此时，中心管132和膜片133的内径部135被刚性地固定，并且气密性地形成一体。对于膜片133，还使螺栓139贯通设置于外径部136和一对法兰111的安装片113，并用螺母140进行紧固，由此将两者紧固固定。在这样的结构上，在膜片133的外径部136和法兰111的安装片113，以一定间隔排列有多个螺栓孔136a，113a。
护罩134为盘子状的构件，其在中央部分具有比中心管132直径稍大的开口141，护罩134以在开口141中插入了中心管132的状态配置于一对膜片133的内侧。
护罩134与一对膜片133一同固定于法兰111。即，与分别设置于膜片133的外径部136和法兰111的安装片113的多个螺栓孔136a、113a位置对合地在护罩134也设有螺栓孔134a。护罩134利用这些螺栓孔134a，与膜片133一同通过螺栓139和螺母140共同紧固于法兰111，从而固定于法兰111。
对于这样地与一对膜片133一同固定于法兰111的护罩134，使开口141的边缘以空开间隙的方式与中心管132相面对。因此，如果膜片133的挠曲部137挠曲一定程度以上，则护罩134使开口141的边缘与中心管132抵接，保护挠曲部137不发生过度的变形。当膜片133万一过负荷而破损时，护罩134还能够抑制中心管132的摇晃，防止其飞出。
如图1所示，在组装好的膜片联轴器101中，在驱动轴201以及与其接合的法兰111L与膜片133之间，还有在从动轴301以及与其接合的法兰111R与膜片133之间，存在间隙G1。这是为了让膜片133沿轴向挠曲。
本实施方式的膜片联轴器101包括衔接通路151。衔接通路151使由驱动轴201以及从动轴301的内孔202、302形成的中空区域相衔接，形成自从动轴301的内孔302至驱动轴201的内孔202的冷却用流体的流通空间F。
衔接通路151由中心管132的内孔142和设于膜片133的开口138形成。中心管132的内孔142具有与驱动轴201的内孔202以及从动轴301的内孔302大致相同的直径，除了仅两端部分的直径稍大外，具有直径不变化的直线形状。膜片133的开口138具有与直径比其他区域稍大的中心管132的内孔142的两端部分大致相同的直径。
因此，膜片联轴器101和驱动轴201以及从动轴301通过直径大致相同的衔接通路151和内孔202、302在内部相衔接，在内部空间形成使冷却用流体例如冷却水流通的流通空间F。
如图1和图2的(A)(B)所示，膜片联轴器101包括密封部171，该密封部171对流通空间F和外部空间A之间进行密封，防止冷却用流体从流通空间F泄漏。密封部171设置于两种不同的区域。
设有密封部171的区域之一，是一对膜片133的外径部136和一对法兰111(111L、111R)的安装片113接合的接合面JS1。接合面JS1分别设置于膜片133侧和法兰111侧，但为了说明方便，只要设置在哪一个面上都不成为问题，则简单地称为接合面JS1。同样地，为了说明方便，本实施方式中，将设置在接合面JS1的密封部171称为“外周侧密封部171A”。
设有密封部171的另一个区域，是驱动轴201以及从动轴301与法兰接合的接合面JS2，即驱动轴201与一方的法兰111L接合、从动轴301与另一方法兰111R接合的接合面JS2。为了说明方便，只要设置在哪一个面上都不成为问题，则简单地称为接合面JS2。同样地，为了说明方便，本实施方式中，将设置在接合面JS2的密封部171称为“内周侧密封部171B”。
密封部171使用槽172和O型圈173来对流通空间F和外部空间A进行密封。O型圈173形成剖面呈正圆形的形状，其直径被设定为大于槽172的深度。超过槽172的深度尺寸的部分成为压缩余量，O型圈173通过该压缩余量对两构件进行密封。作为这样的密封部171的基本结构，外周侧密封部171A和内周侧密封部171B是相同的。
外周侧密封部171A在一对膜片133和一对法兰111(111L、111R)的各自的接合面JS1设有槽172和O型圈173。槽172以无接头状成形于膜片133的外径部136侧的接合面JS1，O型环173收纳于槽172中。因此，在通过拧紧螺栓139和螺母140而将膜片133和法兰111接合时，O型圈173以被压扁的方式与法兰111的安装片113侧的接合面JS1紧密接触，发挥密封作用。
内周侧密封部171B在驱动轴201与一方的法兰111L之间的接合面JS2、以及从动轴301与另一方的法兰111R之间的接合面JS2分别设有槽172和O型圈173。槽172无接头状地成形于倾斜面203、303侧的接合面JS2且成形两条，O型圈173被分别收纳于两条槽172中。因此，当一方的法兰111L与驱动轴201接合、另一方的法兰111R与从动轴301接合时，O型圈173以被压扁的方式与法兰111的倾斜面203、303侧的接合面JS2紧密接触，发挥密封作用。
在这样的结构中，膜片联轴器101装配于在直线上排列的驱动轴201以及从动轴301之间，并从驱动轴201向从动轴301传递旋转扭矩。此时，来自于驱动轴201的旋转扭矩从驱动轴201侧的法兰111L向膜片133、中心管132传递，并从相反侧的膜片133向从动轴301侧的法兰111R传递，由此传递至从动轴301。
这样传递旋转扭矩时，膜片联轴器101吸收在驱动轴201与从动轴301之间产生的轴向位移、轴偏移、角位移等未对准。
在本实施方式中，设有自从动轴301的内孔302穿过膜片联轴器101的衔接通路151至驱动轴201的内孔202的冷却用流体的流通空间F。因此，通过使冷却用流体、例如冷却水在流通空间F中流动，能够冷却驱动轴201的未图示的驱动源，例如电机、涡轮。
为使冷却用流体在流通空间F中流动，作为一例，在从动轴301的端部设置未图示的循环泵，使循环泵工作，强制性地生成朝向驱动轴201侧的水流。由此，能够使冷却水流至电机所内置的驱动轴201的内孔202，从而能够高效地冷却电机。
如上所述，在驱动轴201以及与其接合的法兰111L和膜片133之间、还有从动轴301以及与其接合的法兰111R和膜片133之间，设置有间隙G1。该间隙G1对于让膜片133在轴向发生挠曲、吸收以驱动轴201和从动轴301之间的轴向位移为代表的未对准而言是必不可少的，另一方面，在使冷却用流体在流通空间F中流通时，允许冷却用流体的渗入。
渗入到间隙G1的冷却用流体渗透至接合面JS1和JS2。因此，渗透至接合面JS1、JS2的冷却用流体可能会泄漏至外部空间A。因此，在本实施方式中，在接合面JS1、JS2分别设有外周侧密封部171A和内周侧密封部171B。这些密封部171(171A、171B)通过O型圈173相对于接合面JS1、JS2的紧密接触来维持流通空间F的气密性。因此，根据本实施方式，能够防止冷却用流体向外部空间A的泄漏。结果是，能够防止流体对电机等电气部件、其配线等的附着，能够避免电气系统被流体润湿情况下的不良情况。
根据本实施方式，密封部171中的外周侧密封部171A包括：在一对膜片133的外径部136和一对法兰111(111L、111R)之间的接合面JS1分别设置的无接头状的槽172；和收纳于该槽172的O型圈173。因此，能够通过简单的结构且廉价地来实现密封部171。
根据本实施方式，驱动轴201以及从动轴301、和与该驱动轴201以及从动轴301分别成组的一对法兰111(111L，111R)的组通过分体部件的面接合而形成一体。即，驱动轴201和一方的法兰111L是分体部件，通过在接合面JS1的面接合而形成一体。此外，从动轴301和另一方的法兰111R分别是分体部件，通过在接合面JS1的面接合而形成一体。
基于这样的结构，密封部171中的内周侧密封部171B包括：在通过分体部件的面接合而形成一体的组的两构件的接合面、即驱动轴201与一方的法兰111L的接合面JS2和从动轴301与另一方的法兰111R的接合面JS2分别设置的无接头状的槽172；和收纳于该槽172的O型圈173。因此，能够通过简单的结构且廉价地来实现密封部171。
本实施方式的柔性单元131包括中心管132，并且包括一对膜片133，该一对膜片133具有分别一体地固定于中心管132的两端的内径部135、和分别紧固固定于一对法兰111(111L、111R)的外径部136，并且在这些内径部135与外径部136之间设有挠曲部137。而且，衔接通路151是由中心管132的内孔142和设置于膜片133的开口138形成的。因此能够利用柔性单元131的固有结构容易地设置衔接通路151。
(第二实施方式)
基于图3说明第二实施方式。对于与第一实施方式相同的部分使用相同的附图标记表示，并省略说明。
本实施方式是关于驱动轴201和一方的法兰111L的组、以及从动轴301和另一方的法兰111R的组双方将其两构件一体成形的结构例。
作为一例，驱动轴201和一方的法兰111L通过冷锻成形而一体成形。
作为另一例，驱动轴201和一方的法兰111L通过将金属制的形成圆板形的圆环状构件接合于金属制的管状构件的端部而作为一体件制造出来。从动轴301和另一方的法兰111R也是一样。管状构件和圆环状构件的接合例如采用焊接方式。
因此，冷却用流体不会渗透至驱动轴201和一方的法兰111L之间、以及从动轴301和另一方的法兰111R之间。因此，不需要内周侧密封部171B，因而膜片联轴器101没有设置内周侧密封部171B。
在这种结构中，根据本实施方式的膜片联轴器101，实现了与第一实施方式相同的作用效果。除此之外，因为能够省略内周侧密封部171B，所以能够实现部件数量和制造工时的削减。
(第三实施方式)
基于图4说明第三实施方式。与第一实施方式相同的部分用相同的附图标记表示，并省略说明。
本实施方式为在中心管132的内周面设置有使产生泵送作用的凹凸部143的结构例。凹凸部143配置于螺旋轨迹上，通过中心管132的旋转而产生将冷却用流体移送至驱动轴201的内孔202形成的中空区域的泵送作用。
在本实施方式中，凹凸部143不是遍及整个螺旋轨迹连续地设置，而是断续地设置。即，凹凸部143的凹凸形状被轴向延伸的多条圆滑面144截断，成为断续的形状。
关于设置于中心管132的内周面的凹凸部143，作为一例，能够由突条成形，作为另一例，能够由凹槽成形。在用突条成形凹凸部143的情况下，位于邻接的突条间的中心管132的固有的内周面成为凹槽。在用凹槽成形凹凸部143的情况下，位于邻接的凹槽间的中心管132的固有的内周面成为突条。因此，不论是哪种结构例的情况，凹凸部143都对中心管132的内周面赋予凹凸形状。
成形有凹凸部143的螺旋轨迹具有自从动轴301侧观察时沿逆时针方向向驱动轴201侧行进的方向。因此，当中心管132被驱动轴201的顺时针方向的旋转带着旋转时，产生将冷却用流体自从动轴301侧向驱动轴201侧移送的泵送作用。
在这样的结构中，由于中心管132的旋转产生泵送作用，因此冷却用流体被自从动轴301侧向驱动轴201侧移送。因此，能够省略使冷却用流体在流通空间F中流动的驱动源，例如循环泵。或者，即使设置循环泵，也能够减小其容量，实现循环泵的小型化。
(第四实施方式)
基于图5说明第四实施方式。与第三实施方式相同的部分使用相同的附图标记表示，并省略说明。
本实施方式与第三实施方式同样，是在中心管132的内周面设置产生泵送作用的凹凸部143的结构例。与第三实施方式不同的是，遍及整个螺旋轨迹连续地设置凹凸部143。因此凹凸部143呈螺旋螺纹形状。
在这样的结构中，对于通过中心管132的旋转产生的泵送作用，如果凹凸部143的宽度、深度、螺旋的角度这些基本形状相同，那么则强于第三实施方式。因此能够更高效地生成流通空间F内的冷却用流体的流动。
(第五实施方式)
基于图6说明第五实施方式。与第四实施方式的相同部分使用相同的附图标记表示，并省略说明。
本实施方式是以驱动轴201的中空区域为一端封死、尽头为封闭壁204的情况为前提，在流通空间F内配置了中空轴145的结构例。中空轴145为两端开口的中空的轴，在驱动轴201的中空区域内使一端侧的开口146以空开间隙G2的方式与封闭壁204相面对，并且中空轴145配置于膜片联轴器101的衔接通路151，且使另一端侧向从动轴301的中空区域延长。
中空轴145将流通空间F的内部分隔成两层，生成往路FF和复路FR。即，在流通空间F内，往路FF形成于驱动轴201的内孔202、膜片联轴器101的衔接通路151、以及从动轴301的内孔302的内周壁和中空轴145的外周面之间的间隙G3。复路FR由中空轴145的内孔147形成。
在这样的结构中，当驱动轴201旋转时，通过基于凹凸部143的泵送作用，在流通空间F内的往路FF中产生流体的流动。由此，在往路FF内将冷却用流体自从动轴301侧朝向驱动轴201侧移送。被移送的冷却用流体与封闭壁204碰撞，改变行进方向而在复路FR内移送。这样，冷却用流体从往路FF向复路FR流通，在驱动轴201侧冷却未图示的驱动源，例如电机、涡轮。
因此，根据本实施方式，即使驱动轴201侧的流通空间F是一端封死的，也能够在流通空间F内使冷却用流体流通。
(变形例)
实施时，能够进行各种变形、变更。
例如在上述的各实施方式中，示出了由驱动轴201以及从动轴301和与该驱动轴201以及从动轴301分别成组的一对法兰111(111L、111R)的组均通过分体部件的面接合而形成一体的一例，但是实施时不必拘泥于此。可以是驱动轴201和一方的法兰111L的组、或者从动轴301和另一方的法兰111R的组的任何一方的组通过分体部件的面接合而形成一体。
本实施方式中，示出了冷却水作为冷却用流体的例子，实施时并不一定限定于此，可以使用油液、气体等各种冷却用流体。
此外，允许实施时各种变形和改变。
附图标记说明
101 膜片联轴器
111、111L、111R 法兰(连结构件)
112 连结孔
113 安装片
131 柔性单元(扭矩传递部)
132 中心管
133 膜片
134 护罩
135 内径部
136 外径部
137 挠曲部
138 开口
139 螺栓
140 螺母
141 开口
142 内孔
143 凹凸部
144 圆滑面
145 中空轴
146 开口
147 内孔
151 衔接通路
171 密封部
171A 外周侧密封部
171B 内周侧密封部
172 槽
173 O型圈
201 驱动轴
202 内孔
203 倾斜面
301 从动轴
302 内孔
JS1 接合面
JS2 接合面
FF 往路
FR 复路
G1、G2、G3 间隙

Claims (7)

1.一种联轴器，包括：
一对连结构件，分别设置于同为中空的驱动轴侧以及从动轴侧；
扭矩传递部，介于所述一对连结构件之间，吸收未对准，并从所述驱动轴向所述从动轴传递扭矩；
衔接通路，使所述驱动轴和所述从动轴的中空区域相衔接，形成冷却用流体的流通空间；和
密封部，对所述流通空间和外部空间之间进行密封。
2.如权利要求1所述的联轴器，其中，
所述扭矩传递部包括：
中心管；和
一对膜片，具有分别一体地固定于所述中心管的两端的内径部、和分别紧固固定于所述一对连结构件的外径部，并且在所述内径部和所述外径部之间设有挠曲部，
所述衔接通路由所述中心管的内孔和设置于所述膜片的开口形成。
3.如权利要求2所述的联轴器，其中，
所述密封部包括：
分别设置在所述一对膜片的外径部与所述一对连结构件接合的接合面的无接头状的槽；和
收纳于该槽的O型圈。
4.如权利要求3所述的联轴器，其中，
所述驱动轴以及所述从动轴、和与所述驱动轴以及所述从动轴分别成组的所述一对连结构件中的至少一组通过分体部件的面接合而形成一体，
所述密封部包括：
分别设置在通过分体部件的面接合形成一体的组的两构件的接合面的无接头状的槽；和
收纳于该槽的O型圈。
5.如权利要求3所述的联轴器，其中，
所述驱动轴以及所述从动轴、和与所述驱动轴以及所述从动轴分别成组的所述一对连结构件中的至少一组被一体成形。
6.如权利要求2所述的联轴器，其中，
在所述中心管的内周面设置有凹凸部，该凹凸部被配置于螺旋轨迹上，通过所述中心管的旋转而产生将冷却用流体向所述驱动轴的中空区域侧移送的泵送作用。
7.如权利要求2至6中任一项所述的联轴器，其中，
在所述中空管中，以空开间隙的方式配置有两面开口的中空轴，并使该中空轴的一端侧与所述驱动轴的中空区域的封闭壁相面对，使另一端侧向所述从动轴的中空区域延长。
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