CN1305567A - 弹性联轴器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种作为传动元件的弹性联轴器,至少包括一个带有可产生弹性变形弹性体(3)的扭矩单元(1),轴向连接法兰(2)在主、从动端牢固装在该弹性体上,弹性体(3)的轴向宽度沿径向从内向外看逐渐递增。为了减小或合理分配弹性体(3)上由于动载荷作用而产生的局部机械应力和热应力,本发明建议,弹性体(3)的轴向宽度沿径向从内向外至少分段非线性递增。

Description

弹性联轴器
本发明涉及一种作为传动部件的弹性联轴器，至少应包括一个带有可产生弹性变形弹性体的扭矩单元，轴向连接法兰在主动与从动端固定装配在该扭矩单元上。
这种弹性联轴器，至少是一个作传动单元之用的橡胶体的轴向端面与连接法兰硫化胶合。通过连接法兰将弹性联轴器接入主动端，其中仅仅通过橡胶材料弹性体来达到传递扭矩的目的。因为有弹性，这一扭矩单元在载荷作用下受到围绕转轴的旋转剪切力。扭矩有波动时，由于橡胶体的弹力，而与接合的主动端断联。
在运转中载荷变化时，传动部件会产生明显的动载荷。这一方面表现为连接法兰和弹性体的接合处承受很强的扭转应力。另一方面，由于存在粘连作用，即弹性材料的内部摩擦作用，导致机械能向热能的转化。由于橡胶材料的导热性相当低，由此可能出现局部热峰值，称之为极热点。原则上(极热点的温度)不应超过材料特有的极限温度，因为否则的话局部就可能发生损坏。对于外壳面部位尤其是这样，因为那里承受的膨胀值最大。因此在橡胶-金属接合过渡处产生一个特别高的应力，所以外边界也因为应力集中而必须重点考虑。其次，由于机械载荷在材料表面引起的温升不可超过其极限值，因为否则那里所发生的老化过程将非线性地急速加剧。
人们在现有技术上通过作结构上的设计安排而有效地解决了上述问题，因此一段时期以来橡胶联轴器以其优越的传动特性而作为高度可靠的部件得以应用。特别的结构型式设计将局部载荷减小到一个不会引起破坏的大小。为此，要么是直接限制局部机械或热负载，要么/并考虑如何进行有效地冷却。例如DE3710390C2产品就采取了这样的一些有利措施。其中连接法兰设计为锥形壳体，因而橡胶体得到一由内向外线性加宽的“V”形横截面。弹性体的轴向宽度沿径向由内向外明显增大，这样，外部弹性纤维就有一个更大的弹性变形长度。由此得到的较小的局部膨胀对于(控制)橡胶-金属界面的热效应和应力是很有利的。
产生的热量损失通过其他措施，如传动单元弓形的结构型式以及贯通的冷却窗口有效地排出。
但是在安装空间减小的同时功率密度越来越高这种趋势使得按现有技术的已知弹性联轴器需要进一步优化。这里具体地提出了这样的问题，减小或更合理地分配局部的机械和热应力。
为解决这一问题，本发明提出，沿径向从内向外至少是分段地非线性增加弹性体的轴向宽度。
按照本发明，弹性体的横截面至少有一个内部的和一个外部的径向区段，其中外部区段的轴向宽度随着半径的增大要快于内部区段。在现有技术中由于锥壳形连接法兰在整个横截面上，弹性体宽度仅仅是线性地，也即正比地增大的，而本发明中的有效弹性宽度至少是分段来看向外的增大更快一些。
本发明的一个重要的优化结构设计在于，弹性体横截面在径向由内向外看呈钟罩形张开的。这种钟罩形结构造型，亦可称之为高脚杯或郁金香花形，每段区域之间是一种连续的、平滑的弧形过渡。连接法兰避免采用折弯曲线，而使得橡胶-金属界面的应力均匀分布。同时最大程度地避免了突变的发生(非连续性)。
很显然，本发明中的弹性体设计成完整的环形结构亦或弓形结构同样都是可以的。
本发明所带来的重要优点是，(弹性体)在外部区域的弹性变形量，与该处所产生的随半径非线性增大的机械应力和热应力更好地相符合一致。此外还在一定程度上增大了弹性体的外侧面，使得局部膨胀减小，同时又能向周围空气更好地散热。因此开头所提及的老化效应明显减缓。在弹性体的横截面积数值一定时，总体来说得到更均匀的应力分布。与以往的联轴器结构型式相比，例如前面已经例举的DE 37 10 390 C2或是DE 33 10 693 C2，可传递的功率密度有所提高。这表明：在一定扭矩下，联轴器可做得更小，同时所需的安装尺寸也更小。换句话说，相同尺寸的情况下，这一联轴器能够相应地传递更大的功率。
为解决开头所提及的困难可选用一种特别有利的结构型式，传动部件至少具有一个内部弹性体和一个外部弹性体，弹性体在径向按一定间隔分开排布，并与联轴器共轴，同时主、从动端有一共同的连接法兰。
按照本发明的这种结构，既能在开头提及的按现有技术的联轴器中实现，也可以结合按本发明的向外非线性加宽的弹性体实现。
已知的现有技术，只是在径向有一块弹性体，按照本发明设计的扭矩单元则不同于此，至少有二个或多个环形或弓形的独立弹性体，按一定的径向距离分开排布，它们不管在从动端还是主动端，都各有一个径向贯通的共同的连接法兰。这就意味着，外弹性体在形成沿圆周方向贯通的冷却通道的情况下包围内弹性体。
本发明的一个重大优点就是，沿圆周方向贯通的空气流冷却通道在轴向以金属连接法兰形成边界。因而导热性差的橡胶弹性体在动载荷时产生的热量被很好地传导，冷却通道内气流吸收的热量直接传导到导热性良好的连接法兰上。
本发明还通过以下方法阻止橡胶材料局部临界热极限载荷的形成，特别是可减小受高负荷作用的外部弹性体的径向尺寸。第一次使得局部的热载荷与冷却作用的最佳协调成为可能，从而非常有利于弹性材料所受的应力均匀分布。由此得到，(本发明的)特别的优点：可传递的功率密度以及使用寿命都有所提高。
在本发明的一种实施形式中弹性体安装在整块连接法兰上。就是说多个内部和外部弹性体都分别直接硫化胶合在径向贯通的连接法兰上。按联轴器的结构型式的不同，连接法兰可以是完整的圆环形，也可以由环弓形组合形成。上述结构型式中弹性体是整块的，同样也可以是环弓形的。
本发明的联轴器的一种非常有利的变型方案设想，形成传动单元模块的内、外部弹性体设有沿径向可互相逐个连接的独立的连接法兰模块。这种结构型式的主要优点在于，不同结构尺寸的联轴器可由标准模块以积木式组装而成。为此这种连接法兰模块在圆周上设有相应的连接方式，例如可螺栓连接的法兰孔。传动单元模块可以以这种方式径向串接，各连接法兰模块互相连接形成总的连接法兰。
模块式结构在制造中有这样的优点：分段的传动单元模块能组成各种半径规格可供选择。不同功率等级的联轴器可进行低成本的批量生产，而无须花费人力物力进行特别的加工制造。
还有一个优点是：很少的花费就可更换在运转中磨损的传动单元模块，所以损坏的联轴器短期内即可重新修复投入使用。
传动单元模块的连接法兰模块做得可以径向相互插接是适宜的。对于这样的结构，各连接法兰模块应在径向突出于弹性体。内部和外部模块这样地相互匹配，使一个模块的连接法兰可径向插入向内或向外连接的下一个模块的连接法兰之间。在各连接法兰模块的径向边缘处设有相匹配的用于螺栓连接的轴向法兰孔以作可拆卸的连接之用，然后用法兰螺栓紧固即可。
传动单元模块可以有选择地制成弓形或完整的环形。在断开的结构形式中外部模块的弓形连接法兰块可以毫无困难地径向级联进行装配。但是如果连接法兰模块做成环形封闭的、必须先沿轴向组装后同轴装配，然后再用相应的连接方式互相固定连接，例如用螺栓连接。为此可能还要额外用到一些紧固件，诸如法兰环之类。有一种非常不错的变型方案，连接法兰模块做成卡口式的，不需这类附件而也可能达到一种对称的插接式结构。连接法兰相应地在内部和外部接口(卡口)处有径向的缺口和凸起，在装配位置先将一个法兰环沿轴向在相邻的较小连接法兰上套入，接着通过相对旋转，可在共轴装配位置轴向锁住。然后将在锁定位置面对面的凸起用螺栓相互连接。
外部的弹性体在轴向最好是宽于内部弹性体，这样，理论上沿径向从里向外，剪应力会保持恒定。
内、外部弹性体的轴向宽度由内向外至少是分段地非线性增大，这对于更好地适应实际载荷工况是非常有利的。因此弹性体的径向横截面沿径向从内向外呈钟罩或郁金香形。这不仅仅是指每一单个的弹性体，对联轴器内的弹性体整体来说也是如此。这样，局部应力就较为均匀，相应地使用寿命也提高。
每个传动单元可在轴向设置贯通的冷却窗口以改善其冷却条件。
可附加地在弹性体内不可拆卸地埋放冷却单元。这涉及到在弹性体内装入用导热性好的材料制成的部件，它穿过发热最大的核心区域和相对较冷的外部区域。因此它使热量有效地从边界区域散发。在扭矩单元里，这种冷却单元最好制成轴向的冷却板，并至少要延伸到相应弹性体的外表面。如果它向外伸出，在制造工艺上就有利了，它可以在硫化期间加入(注入)橡胶时可靠和牢固地夹紧在突起的区域内。
为了使弹性体和连接法兰的接合最为理想地承受最大的负载，连接法兰具有轴向和/或径向突起止动凸肩，弹性体将其环箍。该止动凸肩最好制成横截面倒圆了的环形凸肩。这样在受载特别大的边缘区域就可以硫化胶合得更好。
下面以附图来说明本发明的实施例，分述如下：
图1按本发明的第一种传动单元横截面；
图2按本发明的第二种传动单元横截面；
图3按本发明的传动单元模块组装的联轴器横截面。
图1所示为本发明的扭矩单元径向横截面，这里其整体以图形标记/表示。在所示视图中联轴器轴线K位于图面的下部。
扭矩单元1既可以是圆环形的，也可以是弓形结构。
扭矩单元1的轴向有钢制的连接法兰2，它与橡胶体3a、3b、3c和3d在轴向硫化胶合。
连接法兰2在径向伸出橡胶体3a、3b、3c、3d，在这一伸出区域设有轴向的法兰孔4。借助于穿过这些法兰孔4的本图未详细画出的螺栓可将传动部件1接入驱动端，或者可以将多个这样的传动单元1进行径向级联。
在内部区域，连接法兰2相互之间形成“V”形。位于这些法兰之间的橡胶体3a、3b、3c、3d的轴向宽度由内向外递增。在外部区域，连接法兰2相互之间成曲线向外扩展，使得橡胶体3在这一区段的轴向宽度非线性增大。因而由橡胶体3a、3b、3c、3d所组成的弹性联轴器整体上表现出本发明所具有的郁金香或钟罩形。
橡胶体3a、3b、3c和3d之间分布着沿圆周方向贯通的冷却通道5。连接法兰2上开有冷却窗口6。
图2中表示本发明的扭矩单元1，其视图与图1相同，并使用相同的标号。所示结构与图1不同的是，每一个橡胶体3a、3b、3c和3d在径向由内向外均呈郁金香或钟罩形，也就是说其轴向宽度分段地向外非线性增大。另外，橡胶体的径向厚度向外是递减的，以达到冷却作用更好地与各局部载荷相符合一致的目的。
图3以与图1和图2相同的视图表示按本发明设计的联轴器剖面，也使用相同的标号。所示结构与图1、图2的不同之处在于，每一个橡胶体3a、3b和3c都分别对应有单独的连接法兰模块2a、2b和2c，这样就形成了传动单元模块1a、1b以及1c。
各径向外部的传动单元模块1a、1b和1c分别级联式地插入内部的模块，其中连接法兰2a、2b和2c分别在法兰孔4处重叠搭接，并可通过法兰螺栓(未绘出)互相连接。
每个传动单元1a、1b、1c的橡胶体3a、3b、3c在横截面内各自做成郁金香或钟罩形。
以积木方式可拆卸地互相接合的传动单元模块1a、1b、1c之间分布着沿圆周方向贯通的冷却通道5。
根据所要传递功率的不同，如图所示，可以串接三个传动单元模块1a、1b、1c，或者只有三个或者更多。这样就能够实现联轴器和要传递扭矩载荷的最佳匹配。通过传动元件模块1a、1b、1c的标准化，人们能够非常合理地安排生产。
传动单元模块1a、1b、1c可以有选择地做成封闭的环形，也可以为弓形，连接法兰2a、2b、2c和弹性体3a、3b、3c也要相应地采用单块或分体式结构。采用圆环形结构时，连接法兰2a、2b、2c最好是采用径向带有相应的凸起和缺口的卡口形。
同样地，图3所示传动单元1a、1b、1c也可以象图1和图2所示(结构)一样，带有冷却窗口6或附加设置冷却通道5。
此外，橡胶体中还可以置入冷却单元(这里未绘出)。

Claims (20)

1．作为传动元件的弹性联轴器，至少包括一个扭矩单元，该扭矩单元带有至少一个可产生弹性变形的弹性体，轴向连接法兰在主、从动端牢固安装在该弹性体上，其中弹性体的轴向宽度沿径向从内向外递增，其特征在于：弹性体(3)的轴向宽度沿径向从内向外，至少是分段非线性递增的。
2．根据权利要求1的联轴器，其特征是，弹性体(3)的横截面沿径向由里向外呈钟罩形。
3．特别是按权利要求1的作为传动部件的弹性联轴器，至少包括一个扭矩单元，该扭矩单元带有至少一个可产生弹性变形的弹性体，轴向连接法兰在主、从动端牢固安装在该弹性体上，其特征在于：传递单元(1/1a,1b,1c)至少有一个内部弹性体(3a)和一个外部弹性体，弹性体(3a,3b,3c,3d)与联轴器轴(K)共轴，在径向互相间隔排布，同时在主、从动端有一个共同的连接法兰(2/2a,2b,2c)。
4．根据权利要求3的联轴器，其特征是，弹性体(3a,3b,3c,3d)装配在共同的一体式连接法兰(2)上。
5．根据权利要求3的联轴器，其特征是，形成传递单元模块(1a,1b,1c)的弹性体(3a,3b,3c)设有独立的连接法兰模块(2a,2b,2c)在径向可不可拆卸地依次互相连接。
6．根据权利要求5的联轴器，其特征是，传递单元模块(1a,1b,1c)的连接法兰模块(2a,2b,2c)在径向可互相插接。
7．根据权利要求5的联轴器，其特征是，连接法兰模块(2a,2b,2c)在其径向边缘区域设有轴向法兰孔(4)，使其可用螺栓相互连接。
8．根据权利要求5的联轴器，其特征是，连接法兰模块(2a,2b,2c)分割成弓形。
9．根据权利要求5的联轴器，其特征是，连接法兰模块(2a,2b,2c)分割成圆环形的。
10．根据权利要求9的联轴器，其特征是，连接法兰模块(2a,2b,2c)制成卡口形结构。
11．根据权利要求3的联轴器，其特征是，外部弹性体(3b)在轴向宽于内部弹性体(3a)。
12．根据权利要求3的联轴器，其特征是，内部和外部的弹性体(3a,3b,3c)的轴向宽度至少是分段非线性递增的。
13．根据权利要求12的联轴器，其特征是，内部和外部的弹性体(3a,3b,3c)的横截面都是从内向外呈钟罩形扩展。
14．根据权利要求1或3的联轴器，其特征是，内部和外部的弹性体(3a,3b,3c)做成圆环形。
15．根据权利要求1或3的联轴器，其特征是，内部和外部的弹性体(3a,3b,3c)分割成弓形。
16．根据权利要求1或3的联轴器，其特征是，传递单元(1)有轴向贯通的冷却窗口。
17．根据权利要求1或3的联轴器，其特征是，在弹性体(3a,3b,3c)内不可拆卸地装入冷却单元。
18．根据权利要求17的联轴器，其特征是，冷却单元做成轴向的冷却板。
19．根据权利要求17的联轴器，其特征是，冷却单元至少要延伸到弹性体的外表面。
20．根据权利要求1或3的联轴器，其特征是，连接法兰(2a,2b,2c)设有在轴向和/或径向突起的止动凸肩，该凸肩由弹性体(3a,3b,3c)箍住。
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