CN115163684B - 一种具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机轴连接领域，特别涉及一种具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器；其包括：膜盘组件；分别连接在膜盘组件两端面的第一法兰与第二法兰；安装在膜盘组件内壁面上的球形支座，球形支座具有圆心指向膜盘组件中心的圆弧面；其中，第一法兰在膜盘组件内侧具有间隙地套接第一顶紧套，第一顶紧套的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第一弹性体，第一弹性体用于提供给第一顶紧套朝向球形支座运动的预紧力；第二法兰在膜盘组件内侧具有间隙地套接第二顶紧套，第二顶紧套的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第二弹性体，第二弹性体用于提供给第二顶紧套朝向球形支座运动的预紧力，具有实现轴向以及径向的综合补偿能力。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机轴连接领域，特别涉及一种具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器。
背景技术
膜盘联轴器具有结构简单、补偿能力强、无需润滑等诸多优点，而且振动小、噪音低、操作维护较为方便，适用于大功率,因此被广泛应用于航空领域等对联轴器有高可靠性要求的场所。
在多数应用场景，膜盘联轴器两端连接的旋转设备位置固定，受工作温度影响，设备旋转部件的热变形将导致其轴向长度改变，此时，需要膜盘联轴器轴向变形进行补偿。单个膜盘联轴器只用于补偿两端轴线的轴向偏移与角位移，径向偏移的补偿则通过在空间轴两端对称布置膜盘联轴器的方法利用其角位移与轴长的正切关系间接实现。
膜盘是膜盘联轴器的弹性元件，根据功能需求不同具有多种型面，型面截面的型线在径向上厚度不一，为保证型面上应力分布合理，在一些工况复杂及可靠性要求较高的使用环境下，特别是包含轴向及角向位移的综合位移补偿，必须保证膜盘型面各处的变形趋势及变形量与设计预期一致，这需要联轴器具有辅助支撑机构，使膜盘沿设计的偏转中心发生形变，一般的，偏转中心位于膜盘组件轴线的中点，但膜盘在轴向伸长或压缩过程中，其中心点距两端的距离将同步发生变化，与两端连接的辅助支撑结构偏转中心位置需进行联动。
此外，膜盘的轴向刚度大幅低于其扭转刚度，一些多组膜盘串联的应用场景其轴系整体轴向刚度较弱，影响轴系固有频率及设备安全，此时需要膜盘联轴器能够在不影响膜盘组件尺寸、及补偿能力的条件下增加其轴向刚度，避免或降低振动影响。
目前，已公开的具有辅助支撑机构的膜盘联轴器不具有轴向距离补偿功能，辅助支撑机构多采用关节轴承，关节轴承的球体及外环分别与联轴器的两端固定，联轴器膜盘组件围绕关节轴承球心偏转。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，包括：
膜盘组件；
分别连接在膜盘组件两端面的第一法兰与第二法兰；
安装在膜盘组件内壁面上的球形支座，球形支座具有圆心指向膜盘组件中心的圆弧面；
其中，第一法兰在膜盘组件内侧套设有第一顶紧套，第一顶紧套的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第一弹性体，第一弹性体用于提供给第一顶紧套朝向球形支座运动的预紧力；第二法兰在膜盘组件内侧套设有第二顶紧套，第二顶紧套的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第二弹性体，第二弹性体用于提供给第二顶紧套朝向球形支座运动的预紧力。
优选的是，第一法兰通过第一轴套套在第一顶紧套上；第一轴套通过第一螺栓与第一法兰固定连接；第二法兰通过第二轴套套在第二顶紧套上；第二轴套通过第二螺栓与第二法兰固定连接。
优选的是，第一轴套与第二轴套均具有凸起形成垂直于轴向的台阶面，第一轴套的台阶面抵住第一弹性体，第二轴套的台阶面抵住第二弹性体。
优选的是，球形支座的外壁面具有沿径向凸起形成的环状凸台，环状凸台安装在膜盘组件内壁面具有的台阶面与安装在膜盘组件内壁面的螺母及锁片形成的环形间隙中。
优选的是，第一顶紧套与第一法兰的套接面以及第二顶紧套与第二法兰的套接面均具有容纳润滑脂的槽。
优选的是，第一顶紧套以及第二顶紧套与球形支座的搭接面均为圆柱面或者锥面。
优选的是，第一弹性体与第二弹性体为有机高分子弹性材料、一个或者多个周向分布的弹簧。
优选的是，第一顶紧套与第一法兰的套接面之间具有第一防磨件，第二顶紧套与第二法兰的套接面之间具有第二防磨件。
优选的是，第一防磨件与第二防磨件均包括衬套或者轴瓦。
本申请的优点包括：
1、通过在第一法兰与第二法兰安装连接位于膜盘组件内侧的轴套，在实际工作环境中因为过载的扭矩导致第一法兰或者第二法兰与膜盘组件扭断，轴套能够保证第一法兰或者第二法兰仍然能够与膜盘组件同轴，避免第一法兰或者第二法兰连接的轴甩飞；
2、在实际工作环境中，第一法兰与第二法兰均连接有传动轴，两个传动轴之间会产生轴心相对偏移以及轴向的相对位移；本申请的第一顶紧套以及第二顶紧套与球形支座的圆弧面搭接，能够约束第一法兰与第二法兰的变形围绕圆弧面的圆心，另外，第一顶紧套以及第二顶紧套能够沿轴向位移，能够实现第一法兰与第二法兰轴线方向的补偿。
3、可通过更换不同弹力系数的第一弹性体，第二弹性体改变膜盘联轴器的轴向刚度时。
附图说明
图1是具有轴向距离补偿及辅助支撑功能的膜盘联轴器结构示意图；
图2是辅助支撑结构轴向位移补偿原理示意图；
图3是辅助支撑结构角向位移补偿原理示意图；
图4是辅助支撑结构综合位移补偿原理示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供一种具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，包括：
膜盘组件3；
分别连接在膜盘组件3两端面的第一法兰1与第二法兰2；
安装在膜盘组件3内壁面上的球形支座4，球形支座4具有圆心指向膜盘组件3中心的圆弧面；
其中，第一法兰1在膜盘组件3内侧套设有第一顶紧套11，第一顶紧套11的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第一弹性体9，第一弹性体9用于提供给第一顶紧套11朝向球形支座4运动的预紧力；第二法兰2在膜盘组件3内侧套设有第二顶紧套12，第二顶紧套12的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第二弹性体10，第二弹性体10用于提供给第二顶紧套12朝向球形支座4运动的预紧力。
在一些可选实施方式中，第一法兰1通过第一轴套7套在第一顶紧套11上；第一轴套7通过第一螺栓5与第一法兰1固定连接；第二法兰2通过第二轴套8套在第二顶紧套12上；第二轴套8通过第二螺栓6与第二法兰2固定连接。
在一些可选实施方式中，第一轴套7与第二轴套8均具有凸起形成垂直于轴向的台阶面，第一轴套7的台阶面抵住第一弹性体9，第二轴套8的台阶面抵住第二弹性体10。
在一些可选实施方式中，球形支座4的外壁面具有沿径向凸起形成的环状凸台，环状凸台安装在膜盘组件3内壁面具有的台阶面与安装在膜盘组件3内壁面的螺母及锁片形成的环形间隙中。
在一些可选实施方式中，第一顶紧套11与第一法兰1的套接面以及第二顶紧套12与第二法兰2的套接面均具有容纳润滑脂的槽。
在一些可选实施方式中，第一顶紧套11以及第二顶紧套12与球形支座4的搭接面均为圆柱面或者锥面。
在一些可选实施方式中，第一弹性体9与第二弹性体10为有机高分子弹性材料、一个或者多个周向分布的弹簧。
在一些可选实施方式中，第一顶紧套11与第一法兰1的套接面之间具有第一防磨件13，第二顶紧套12与第二法兰2的套接面之间具有第二防磨件14。
在一些可选实施方式中，第一防磨件13与第二防磨件14均包括衬套或者轴瓦。
参考附图1-图4：
具体结构为：本申请的第一法兰1、第二法兰2分别与联轴器两端的设备或传动轴进行连接。具有偶数膜盘单元的膜盘组件3，膜盘组件3将第一法兰1、第二法兰2连接在一起，传递功率并依靠自身变形适应两端法兰的轴向位移及角位移。球形支座4定位在膜盘组件中心的止口上，被螺母及锁片固定并锁紧。球形支撑座4安装到位后，其球心位置与膜盘组件3中心重合。第一轴套7通过第一法兰1上的止口定位，并通过第一螺栓组5与第一法兰1固定。第一顶紧套11及与顶紧套固定的第一防磨件13安装在第一轴套7内部，第一防磨件13与第一轴套7内柱面之间需具有小的配合间隙，且第一防磨件13应在套筒内柱面上轴向顺畅滑动。第一顶紧套11与球形支座4接触的一端为锥面或球面。第一顶紧套11与第一轴套7的定位轴肩之间设计有第一弹性体9，第一弹性体9可以为弹簧或有机高分子弹性材料，第一弹性体9推动第一顶紧套11与球形支撑座4接触，产生了轴向的推力分力及径向的支撑力分力。为保证球形支撑座4与顶紧套在膜盘组件轴向拉伸时不脱离接触，第一弹性体9在装配后处于预压缩状态。
膜盘另一侧的第二轴套8，螺栓组6，第二顶紧套12，第二防磨件14，第二弹性体10的配合关系与前文所述一致，除螺母及锁片外，第一法兰1与第二法兰2侧结构对称。第一弹性体9与第二弹性体10具有相同的性能参数，这易通过使第一弹性体9与第二弹性体10尺寸及材料相同保证。
通过上述结构描述可知，本发明所述的膜盘联轴器可补偿第一法兰1、第二法兰2之间的轴向位移、角向位移与轴向-角向综合位移；约束了第一法兰1、第二法兰2的径向位移。
本申请具有五个功能：
1、轴向位移的补偿功能
以固定第一法兰1，第二法兰2向第一法兰1方向靠近为例说明运动关系。第二法兰2及与之固定的第二轴套8向第一法兰1方向移动，第二轴套8的轴肩挤压第二弹性体10，第二弹性体10的弹力逐渐增加，进而推动第二顶紧套12、球形支撑座4及第一顶紧套11向第一法兰1方向移动，挤压第一弹性体9。第一弹性体9受压后产生的反作用力同步增加，直到与第二弹性体10达到平衡。如前述，第一弹性体9与第二弹性体10具有相同的性能参数，因此当系统平衡时，二者压缩量相同，均为轴向位移的一半。此状态下，球形支撑座4中心与膜盘组件偏转中心位置一致，径向力通过第一法兰1，第一轴套7，第一顶紧套11，球形支撑座4，第二顶紧套12，第一轴套7传递至第二法兰2上，为膜盘组件3提供支撑。
通过上述易分析出固定第一法兰1，第二法兰2向远离第一法兰1方向拉伸膜盘时的运动关系。此时，预压的第一弹性体9与第二弹性体10得以释放伸长，平衡时伸长量相同，球形支撑座4球心的位移量为轴向位移的一半，补偿后两侧受力平衡且与膜盘偏转中心保持一致。
2、角向位移的补偿功能
以固定第一法兰1，第二法兰2与第一法兰1存在角位移为例说明运动关系。第二法兰2偏转迫使与其固定的第二轴套8，第一顶紧套11同步偏转；而球形支撑座4随膜盘组件3偏转，在转动过程中，球形支撑座4与第一顶紧套11、第二顶紧套12产生相对滑动，但由于二者为球面接触，因此第一顶紧套11、第二顶紧套12相对第一轴套7、第二轴套8轴向位置不变，第一弹性体9，第二弹性体10的弹力不变，球形支撑座在补偿后两侧受力平衡且与膜盘偏转中心保持一致，保证膜盘组件3沿偏转中心变形。
3、综合位移的补偿功能
综合位移是轴向位移与角向位移的合成，结合轴向位移及角向位移的机构运动关系可知，在第一法兰1与第二法兰2之间存在综合位移时，角向位移由第一顶紧套11、第二顶紧套12与球形支撑座4的偏转补偿；轴向位移由第一弹性体9，第二弹性体10的变形补偿。球形支撑座在补偿后两侧受力平衡且与膜盘偏转中心保持一致，保证膜片组件3沿偏转中心变形。
4、轴向刚度的调整功能
根据转子动力学评估结果，需要改变膜盘联轴器的轴向刚度时，可通过更换不同弹力系数的第一弹性体9，第二弹性体10实现。
5、轴线保持功能
当膜盘组件3意外破损时，辅助支撑结构可保持轴系的原有回转轴线，避免失去固定旋转轴线的旋转轴撞击周边装置导致更大的损失。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，包括：
膜盘组件(3)；
分别连接在膜盘组件(3)两端面的第一法兰(1)与第二法兰(2)；
安装在膜盘组件(3)内壁面上的球形支座(4)，球形支座(4)具有圆心指向膜盘组件(3)中心的圆弧面；
其中，第一法兰(1)在膜盘组件(3)内侧套设有第一顶紧套(11)，第一顶紧套(11)的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第一弹性体(9)，第一弹性体(9)用于提供给第一顶紧套(11)朝向球形支座(4)运动的预紧力；第二法兰(2)在膜盘组件(3)内侧套设有第二顶紧套(12)，第二顶紧套(12)的一端搭接所述圆弧面，另一端连接有第二弹性体(10)，第二弹性体(10)用于提供给第二顶紧套(12)朝向球形支座(4)运动的预紧力。
2.如权利要求1所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，第一法兰(1)通过第一轴套(7)套在第一顶紧套(11)上；第一轴套(7)通过第一螺栓(5)与第一法兰(1)固定连接；第二法兰(2)通过第二轴套(8)套在第二顶紧套(12)上；第二轴套(8)通过第二螺栓(6)与第二法兰(2)固定连接。
3.如权利要求2所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，第一轴套(7)与第二轴套(8)均具有凸起形成垂直于轴向的台阶面，第一轴套(7)的台阶面抵住第一弹性体(9)，第二轴套(8)的台阶面抵住第二弹性体(10)。
4.如权利要求1所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，球形支座(4)的外壁面具有沿径向凸起形成的环状凸台，环状凸台安装在膜盘组件(3)内壁面具有的台阶面与安装在膜盘组件(3)内壁面的螺母及锁片形成的环形间隙中。
5.如权利要求1所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，第一顶紧套(11)与第一法兰(1)的套接面以及第二顶紧套(12)与第二法兰(2)的套接面均具有容纳润滑脂的槽。
6.如权利要求1所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，第一顶紧套(11)以及第二顶紧套(12)与球形支座(4)的搭接面均为圆柱面或者锥面。
7.如权利要求1所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，第一弹性体(9)与第二弹性体(10)为有机高分子弹性材料、一个或者多个周向分布的弹簧。
8.如权利要求1所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，第一顶紧套(11)与第一法兰(1)的套接面之间具有第一防磨件(13)，第二顶紧套(12)与第二法兰(2)的套接面之间具有第二防磨件(14)。
9.如权利要求8所述的具有轴向距离补偿功能及辅助支撑的膜盘联轴器，其特征在于，第一防磨件(13)与第二防磨件(14)均包括衬套或者轴瓦。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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