CN116336095A - 一种高速膜盘联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速膜盘联轴器，包括：旋转轴、连接轴、膜盘、套筒和超扭保护传动轴；所述旋转轴设置于所述连接轴内部，所述连接轴与所述膜盘连接，所述膜盘与所述套筒连接，所述超扭保护传动轴设置于所述套筒的内孔中，其中，所述套筒上设置有剪切颈，用于通过剪切保护电机和增速器。当套筒剪切扭断后，断裂位置左端部分由于惯性在超扭保护轴和轴承的支承下仍然继续旋转，右端部分因为扭矩不再传递而停止旋转，不会在离心力作用下飞出，从而避免损坏电机和增速器等动力源，起到超扭保护作用。

Description

一种高速膜盘联轴器

技术领域

本发明涉及高速旋转技术领域，尤其涉及一种高速膜盘联轴器。

背景技术

航空发动机转子工作转速高，结构也越来越复杂，进行试验的困难也越来越大，主要表现在高转速运行是否稳定。动力通过电机经增速齿轮箱，再通过联轴器，实现与试验件连接。

联轴器又称联轴节，用来将不同机构中的主动轴和从动轴牢固地联接起来一同旋转，并传递运动和扭矩的机械部件。有时也用以联接轴与其他零件(如齿轮、带轮等)。常由两半合成，分别用键或紧配合等联接，紧固在两轴端，再通过某种方式将两半联接起来。联轴器可兼有补偿两轴之间由于制造安装不精确、工作时的变形或热膨胀等原因所发生的偏移(包括轴向偏移、径向偏移、角偏移或综合偏移)；以及缓和冲击、吸振。常用的联轴器大多已标准化或规格化，一般情况下只需要正确选择联轴器的类型、确定联轴器的型号及尺寸。必要时可对其易损的薄弱环节进行负荷能力的校核计算；转速高时还需验算其外缘的离心力和弹性元件的变形，进行平衡校验等。

在高转速下，联轴器需具有一定的不对中补偿功能，避免转子在高转速下振动特性较差，同时须具有超扭保护结构，以免在试验时发生抱轴等故障，使电机和增速齿轮箱不受损伤。目前高速旋转机械连接大多采用图1所示的高速齿式联轴器装置，该联轴器装置采用两端直齿花键传递扭矩的结构形式，没有超扭保护结构和功能，同时在不对中情况下没有径向、轴向和角向补偿的功能。

发明内容

本发明目的在于提供一种高速膜盘联轴器，当套筒剪切扭断后，断裂位置左端部分由于惯性在超扭保护轴和轴承的支承下仍然继续旋转，右端部分因为扭矩不再传递而停止旋转，不会在离心力作用下飞出，从而避免损坏电机和增速器等动力源，起到超扭保护作用。

为实现上述目的，本发明提供一种高速膜盘联轴器，包括：旋转轴、连接轴、膜盘、套筒和超扭保护传动轴；

所述旋转轴设置于所述连接轴内部，所述连接轴与所述膜盘连接，所述膜盘与所述套筒连接，所述超扭保护传动轴设置于所述套筒的内孔中，其中，所述套筒上设置有剪切颈，用于通过剪切保护电机和增速器。

可选的，所述连接轴的内部包括：两个圆柱定位面，用于所述旋转轴与所述连接轴之间的定位。

可选的，所述连接轴的内部还包括：花键，所述花键设置于所述两个圆柱定位面之间，用于传递扭矩。

可选的，所述连接轴的内部还包括：压块和内六角螺钉，用于轴向紧固所述旋转轴与所述连接轴。

可选的，在所述连接轴与所述膜盘的周向分别均匀设置通孔，用于固定所述连接轴与所述膜盘。

可选的，固定所述连接轴与所述膜盘，包括：通过切平螺栓穿过所述连接轴的螺栓孔和所述膜盘的螺栓孔固定所述连接轴与所述膜盘。

可选的，在所述连接轴上设置切平螺栓限位台阶，用于给所述切平螺栓提供限位。

可选的，在所述套筒与所述膜盘的周向分别均匀设置通孔，用于固定所述套筒与所述膜盘。

可选的，在所述套筒内设置超扭保护传动轴轴向限位台阶，用于限制所述超扭保护传动轴的轴向位置。

可选的，在所述超扭保护传动轴上安装轴承内环，在所述套筒的内孔上安装轴承外环，通过所述轴承内环和所述轴承外环固定所述超扭保护传动轴和所述套筒。

可选的，在所述膜盘上设置薄壁结构，用于实现与高速膜盘连轴器相连的高速旋转机械之间的不对中补偿。

本发明的技术效果和优点：

本发明提供一种高速膜盘联轴器，包括：旋转轴、连接轴、膜盘、套筒和超扭保护传动轴；所述旋转轴设置于所述连接轴内部，所述连接轴与所述膜盘连接，所述膜盘与所述套筒连接，所述超扭保护传动轴设置于所述套筒的内孔中，其中，所述套筒上设置有剪切颈，用于通过剪切保护电机和增速器。

该发明的技术效果包括：1.在高速旋转机械发生抱轴等超扭故障时，高速膜盘联轴器扭断，不会导致与其相连的高速旋转机械(或动力源)损坏，并且扭断后的高速齿式联轴器装置不会在离心力的作用下飞逸，不会损坏两端高速旋转机械，安全性高；2.在高速旋转机械之间不可避免存在不对中时，高速膜盘联轴器可以提供径向、轴向和角向补偿，确保整体高速旋转机械系统工作振动小和安全稳定运行；3.该高速膜盘联轴器的工作转速高、失效扭矩大、使用寿命长，适用性强。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为现有技术中的高速齿式联轴器装置中直齿花键传递扭矩图；

图2为带超扭保护和不对中补偿结构的高速膜盘联轴器整体结构图；

图3为连接轴结构示意图；

图4为膜盘结构示意图；

图5为套筒结构示意图。

附图标记：1—旋转轴；2—连接轴；3—切平螺栓；4—膜盘；5—自锁螺母；6—螺栓；7—螺母；8—套筒；9—轴承；10—内六角螺钉；11—轴承压块；12—轴承间隔套；13—超扭保护传动轴；14—压块；15—内六角螺钉；16—连接轴与旋转轴第一配合面；17—连接轴与旋转轴连接花键；18—连接轴与旋转轴第二配合面；19—切平螺栓限位台阶；20—螺钉孔；21—螺钉孔；22—螺钉孔；23—薄壁结构；24—螺钉孔；25—超扭保护传动轴轴向限位台阶；26—内孔；27—剪切颈。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的高速齿式联轴器，采用直齿花键传扭结构形式，没有不对中补偿，而高速旋转机械之间不可避免地存在不对中，导致高速旋转机械工作振动较大。此外，现有高速齿式联轴器没有超扭保护结构，在高速旋转机械发生抱轴等故障时，高速齿式联轴器装置断裂时会导致与其相连的高速旋转机械(或原动机)损坏，成本昂贵。

本发明旨在设计一种带超扭结构并且具有不对中补偿的高速膜盘联轴器，能连接两台以上高速旋转机械组成一个高速旋转系统，并且在径向、轴向和角向具备一定的补偿量，能在不对中情况下平稳长期工作，同时在高速旋转机械发生抱轴或其他故障时，高速膜盘联轴器扭断但不损坏与其相连的高速旋转机械(如电机、齿轮箱)。

由于套筒内设计了一套超扭保护结构，高速旋转机械正常工作时，超扭保护结构与膜盘联轴器同时旋转，此时超扭保护结构不起作用。当套筒剪切扭断后，断裂位置左端部分由于惯性在超扭保护轴和轴承的支承下仍然继续旋转，右端部分因为扭矩不再传递而停止旋转，不会在离心力作用下飞出，从而避免损坏电机和增速器等动力源，起到超扭保护作用。

为了更好地理解本方案，以下对高速膜盘联轴器进行详细介绍：

首先，先介绍一下高速膜盘联轴器中的部件。如图2所示，图2为带超扭保护和不对中补偿结构的高速膜盘联轴器整体结构图。图中1—旋转轴；2—连接轴；3—切平螺栓；4—膜盘；5—自锁螺母；6—螺栓；7—螺母；8—套筒；9—轴承；10—内六角螺钉；11—轴承压块；12—轴承间隔套；13—超扭保护传动轴；14—压块；15—内六角螺钉；16—连接轴与旋转轴第一配合面；17—连接轴与旋转轴连接花键；18—连接轴与旋转轴第二配合面；19—切平螺栓限位台阶；20—螺钉孔；21—螺钉孔；22—螺钉孔；23—薄壁结构；24—螺钉孔；25—超扭保护传动轴轴向限位台阶；26—内孔；27—剪切颈。

接下来，本发明公开了一种高速膜盘联轴器，包括：旋转轴1、连接轴2、膜盘4、套筒8和超扭保护传动轴13。

需要说明的是，所述旋转轴1设置于所述连接轴2内部，所述连接轴与所述膜盘4连接，所述膜盘4与所述套筒8连接，所述超扭保护传动轴设置于所述套筒的内孔中。

还需说明的是，所述套筒8上设置有剪切颈27，用于通过剪切保护电机和增速器。

还需说明的是，所述连接轴2的内部包括：两个圆柱定位面，用于所述旋转轴与所述连接轴之间的定位。所述连接轴的内部还包括：花键17，所述花键设置于所述两个圆柱定位面之间，用于传递扭矩。所述连接轴的内部还包括：压块14和内六角螺钉15，用于轴向紧固所述旋转轴与所述连接轴。

还需说明的是，在所述连接轴2与所述膜盘4的周向分别均匀设置通孔，用于固定所述连接轴与所述膜盘。在所述连接轴上设置切平螺栓限位台阶，用于给所述切平螺栓提供限位。

还需说明的是，在所述套筒8与所述膜盘4的周向分别均匀设置通孔，用于固定所述套筒与所述膜盘。在所述套筒内设置超扭保护传动轴轴向限位台阶，用于限制所述超扭保护传动轴的轴向位置。

还需说明的是，在所述超扭保护传动轴13上安装轴承内环，在所述套筒的内孔上安装轴承外环，通过所述轴承内环和所述轴承外环固定所述超扭保护传动轴和所述套筒。

还需说明的是，在所述膜盘4上设置薄壁结构23，用于实现不对中补偿。

为了更好的理解发明，以下对带超扭保护和不对中补偿结构的高速膜盘联轴器整体进行说明。带超扭保护和不对中补偿结构的高速膜盘联轴器主要包括：由连接轴2、膜盘4、套筒8、超扭保护传动轴13、轴承9、轴承间隔套12、轴承压块11、压块14等零件。

需要说明的是，膜盘4左右两边各有一个膜盘，用于连接两端的旋转机械。右侧4个螺母与左侧4个螺母连接方式形式是一样的，左侧下面两个螺母分别与螺母(5和7)是周向均匀分布的。

还需要说明的是，旋转轴1与连接轴2通过两个圆柱定位面16和18定位，花键17传扭，实现扭矩传递。旋转轴1和连接轴2再通过压块14经内六角螺钉15轴向紧固。如图3所示，图3为连接轴结构示意图。

还需要说明的是，连接轴2与膜盘4均设计了周向均布八处的通孔，安装时通过切平螺栓3穿过连接轴2的螺钉孔20和膜盘4的螺钉孔21，经自锁螺母5紧固，实现两者的连接固定。

同时，膜盘4设计有薄壁结构23，在试验过程中可以起到轴向、径向和角向补偿作用，避免因不对中而振动较大，如图4所示，图4为膜盘结构示意图。

此外考虑到操作空间狭窄使用工具受限问题，连接轴2上还设计有切平螺栓限位台阶19，用于给切平螺栓3提供限位。

还需要说明的是，套筒8与膜盘4均设计了周向均布八处的通孔，安装时通过螺栓6穿过套筒8上的螺钉孔24和膜盘4上的螺钉孔22，经螺栓6紧固，实现两者的连接紧固。

还需要说明的是，套筒8上设计有剪切薄弱结构，剪切颈27，当旋转机械抱轴等故障时，从该处剪切断裂，用于保护电机和增速器。

同时，套筒8上还设计有超扭保护传动轴轴向限位台阶25，用于限制超扭保护传动轴13的轴向位置。通过加温将超扭保护传动轴13装入套筒8的内孔26中，轴承9内环安装在超扭保护传动轴13上，轴承9外环支承在套筒8的内孔26中，两个轴承之间安装轴承间隔套12，内六角螺钉10将超扭保护传动轴13、轴承9和轴承间隔套12及轴承压块11连为一体，如图5所示，图5为套筒结构示意图。

还需要说明的是，本发明已经经过实验验证，连接了本发明的旋转机械可以运行至47000r/min转速，振动特性良好，且能够长期稳定工作。同时，发生故障后，剪切薄弱环节能够有效剪切扭断，并且能够有效保护后端的电机和增速器等动力源不受损坏。

因此，本发明的关键点和保护点为：高速膜盘联轴器的膜盘设计有薄壁结构，用于实现不对中补偿；高速膜盘联轴器设计有超扭保护功能，实现在抱轴等故障后有效保护动力源；并且高速膜盘联轴器在扭断后不会飞逸；高速膜盘联轴器工作转速高，失效扭矩大，使用寿命长。

本发明提供的带超扭结构并且具有不对中补偿的高速膜盘联轴器，它能连接两台以上高速旋转机械组成一个高速旋转系统，并且在径向、轴向和角向具备一定的补偿量，能在不对中情况下平稳长期工作，同时在高速旋转机械发生抱轴或其他故障时，高速膜盘联轴器扭断但不损坏与其相连的高速旋转机械(如电机、齿轮箱)。

最后应说明的是：在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围以上。

Claims (11)

1.一种高速膜盘联轴器，其特征在于，包括：旋转轴、连接轴、膜盘、套筒和超扭保护传动轴；

所述旋转轴设置于所述连接轴内部，所述连接轴与所述膜盘连接，所述膜盘与所述套筒连接，所述超扭保护传动轴设置于所述套筒的内孔中，其中，所述套筒上设置有剪切颈，用于通过剪切保护电机和增速器。

2.根据权利要求1所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，所述连接轴的内部包括：两个圆柱定位面，用于所述旋转轴与所述连接轴之间的定位。

3.根据权利要求2所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，所述连接轴的内部还包括：花键，所述花键设置于所述两个圆柱定位面之间，用于传递扭矩。

4.根据权利要求2或3所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，所述连接轴的内部还包括：压块和内六角螺钉，用于轴向紧固所述旋转轴与所述连接轴。

5.根据权利要求1所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，在所述连接轴与所述膜盘的周向分别均匀设置通孔，用于固定所述连接轴与所述膜盘。

6.根据权利要求5所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，固定所述连接轴与所述膜盘，包括：通过切平螺栓穿过所述连接轴的螺栓孔和所述膜盘的螺栓孔固定所述连接轴与所述膜盘。

7.根据权利要求6所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，在所述连接轴上设置切平螺栓限位台阶，用于给所述切平螺栓提供限位。

8.根据权利要求1所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，在所述套筒与所述膜盘的周向分别均匀设置通孔，用于固定所述套筒与所述膜盘。

9.根据权利要求1所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，在所述套筒内设置超扭保护传动轴轴向限位台阶，用于限制所述超扭保护传动轴的轴向位置。

10.根据权利要求1所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，在所述超扭保护传动轴上安装轴承内环，在所述套筒的内孔上安装轴承外环，通过所述轴承内环和所述轴承外环固定所述超扭保护传动轴和所述套筒。

11.根据权利要求1所述的高速膜盘联轴器，其特征在于，在所述膜盘上设置薄壁结构，用于实现与高速膜盘连轴器相连的高速旋转机械之间的不对中补偿。

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