阅读说明：本技术 一种具有复合材料膜盘的弹性联轴器 (Elastic coupling with composite material membrane disc ) 是由 陈武超 刘渊 谢旻 张萌思 景伟 魏涛 邓俊杰 杜言锋 许航锋 刘逸斐 曲佳辉 于 2018-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有复合材料膜盘的弹性联轴器。弹性联轴器包括弹性元件、法兰和膜盘,膜盘由复合材料制成,且所述膜盘的至少一部分沿弹性联轴器的轴向方向位于弹性元件和法兰之间,膜盘包括第一延伸段、第二延伸段和形变段,第一延伸段用于与法兰连接,第二延伸段相对于第一延伸段设置在径向外侧,第二延伸段用于与弹性元件连接,形变段连接第一延伸段和第二延伸段,且形变段构造为波纹形并能够发生弹性形变。根据本发明公开的弹性联轴器包括弹性元件、法兰和膜盘,弹性元件可以实现较大的径向位移补偿,膜盘的质量小且具有隔声减振、降噪、高强度、抗冲击和耐腐蚀等特点,并且膜盘可以更好地实现较大的轴向位移补偿和角向位移补偿。(The invention discloses an elastic coupling with a composite material membrane disc. Elastic coupling includes elastic element, flange and membrane dish, and the membrane dish is made by combined material, just at least partly axial direction along elastic coupling of membrane dish is located between elastic element and the flange, and the membrane dish includes first extension section, second extension section and deformation section, and first extension section is used for with flange joint, and the second extension section sets up in radial outside for first extension section, and the second extension section is used for being connected with elastic element, and first extension section and second extension section are connected to the deformation section, and the deformation section structure is corrugated and can take place elastic deformation. The elastic coupling disclosed by the invention comprises the elastic element, the flange and the membrane disc, wherein the elastic element can realize larger radial displacement compensation, the membrane disc is small in mass and has the characteristics of sound insulation, vibration reduction, noise reduction, high strength, impact resistance, corrosion resistance and the like, and the membrane disc can better realize larger axial displacement compensation and angular displacement compensation.)

一种具有复合材料膜盘的弹性联轴器

技术领域

本发明涉及传动技术领域，尤其是涉及一种弹性联轴器。

背景技术

作为动力传动元件的联轴器，可以用于连接主机和工作机，从而使得主机输出的转矩和转速经由联轴器传递至工作机。现代船舶动力传动系统中常采用金属轴和联轴器作为传动件。由于现代动力传动系统向大功率和大转矩的方向发展，所以产品重量将随之增加。但联轴器过重会增大主机负担，进而导致主机和联轴器之间的磨损加剧、噪音增加和臂距差超差，严重影响了主机性能和寿命。因此为联轴器减重已成为现代动力传动系统发展亟待解决的一大问题。

在船舶动力传动系统中，常规的高弹性联轴器主要由金属膜片或挠性杆组件和橡胶弹性元件组成，但这种大尺寸部件的重量过重，不能满足大功率大转矩动力传动系统的发展要求。

因此，需要一种弹性联轴器，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在

具体实施方式

部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种弹性联轴器，所述弹性联轴器包括：

弹性元件；

法兰；

膜盘，所述膜盘由复合材料制成，且所述膜盘的至少一部分沿所述弹性联轴器的轴向方向位于所述弹性元件和所述法兰之间，所述膜盘包括：

第一延伸段，所述第一延伸段与所述法兰连接；

第二延伸段，所述第二延伸段相对于所述第一延伸段设置在径向外侧，所述第二延伸段与所述弹性元件连接；和

形变段，所述形变段连接所述第一延伸段和所述第二延伸段，且所述形变段构造为波纹形并能够发生弹性形变。

根据本发明公开的弹性联轴器包括弹性元件、法兰和膜盘，弹性元件可以实现较大的径向位移补偿，膜盘具有质量小、隔声减振、高强度和耐腐蚀等特点，并且膜盘可以更好地实现较大的轴向位移补偿和角向位移补偿，这样既可以很好的传递转速和转矩，又可以满足降噪和抗冲击的功能。

可选地，所述形变段的厚度沿所述弹性联轴器的径向向外的方向逐渐减小。

根据本方案，使得膜盘受到的补偿反力随着补偿位移的增大线性增加，补偿刚度保持不变，使得膜盘具有更大的位移补偿能力和反力小等特点。

可选地，所述膜盘构造为沿所述弹性联轴器的轴向方向可伸缩，以实现轴向位移补偿。

根据本方案，膜盘可以实现较大的轴向位移补偿。

可选地，当所述形变段发生弹性形变时，所述膜盘的第一延伸段可偏离所述弹性联轴器的中心轴线一定角度，以实现角向位移补偿。

根据本方案，膜盘可以实现较大的角向位移补偿。

可选地，所述弹性元件构造为沿所述弹性联轴器的径向方向可移动，以实现径向位移补偿。

根据本方案，弹性元件可以实现较大的径向位移补偿。

可选地，所述膜盘由碳纤维复合材料制成。

根据本方案，这样可以使得膜盘耐腐蚀并且无磁性，进而避免了弹性联轴器在传递转矩和转速时受到磁场干扰。

可选地，所述法兰包括：

盘部；和

突出部，所述突出部自所述盘部沿所述弹性联轴器的轴向方向延伸，所述第一延伸段连接至所述突出部。

根据本方案，便于法兰和膜盘连接在一起。

可选地，所述弹性联轴器还包括：

过渡法兰，所述过渡法兰设置在所述膜盘和所述弹性元件之间。

根据本方案，便于膜盘与弹性元件连接。

可选地，所述第二延伸段设置有第一通孔，所述弹性联轴器还包括：

衬套，所述衬套包括：

小直径部，所述小直径部设置在所述第一通孔中，所述小直径部设置有第二通孔；

大直径部，所述大直径部连接至所述小直径部并且在所述过渡法兰的相对侧与所述第二延伸段贴合，所述大直径部具有与所述第二通孔连通的第三通孔；和

连接件，所述连接件经由所述第二通孔和所述第三通孔与所述第二延伸段和所述过渡法兰连接。

根据本方案，防止在连接过程中连接件挤压磨损膜盘。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为根据本发明的一个实施方式的弹性联轴器的剖视图；

图2为图1所示的弹性联轴器的法兰和膜盘的结构示意图；

图3为图1所示的弹性联轴器的膜盘沿弹性联轴器的轴向方向发生弹性形变，能够实现轴向位移补偿的示意图；

图4为图1所示的弹性联轴器的膜盘发生弹性形变的示意图，其中，膜盘的第一延伸段偏离弹性联轴器的中心轴线一定角度，能够实现角向位移补偿；

图5为图1所示的弹性联轴器的弹性元件沿弹性联轴器的径向方向发生弹性形变，能够实现径向位移补偿的示意图；和

图6为图1所示的弹性联轴器与柴油机和水力测功机的连接示意图。

附图标记说明：

100：弹性联轴器； 110：弹性元件；

111：螺栓； 120：法兰；

121：盘部； 122：突出部；

123：连接孔； 130：膜盘；

131：第一延伸段； 132：第二延伸段；

133：形变段； 134：第一连接件；

140：过渡法兰； 141：第三连接件；

150：第二连接件； 160：衬套；

161：小直径部； 162：大直径部；

200：柴油机； 300：水力测功机。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明。显然，本发明的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施例。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本发明中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

以下，将参照附图对本发明的具体实施例进行更详细地说明，这些附图示出了本发明的代表实施例，并不是限定本发明。

常规弹性联轴器一般采用金属膜片或挠性杆实现轴向位移和角向位移补偿，但难以满足现代大功率动力系统发展要求。为了满足船舶领域对高功率密度和低目标特性的特殊配套要求，如图1所示，本发明提供了一种弹性联轴器100，从而有效地减振、降噪及抗冲击。

在图1所示的实施方式中，弹性联轴器100包括弹性元件110、法兰120和连接至弹性元件110和法兰120的膜盘130。弹性元件110可以用于连接主机，法兰120可以用于连接工作机，以使得主机输出的转矩和转速经由弹性联轴器100传递到工作机，从而使得工作机运行。

例如，如图6所示，主机可以为柴油机200，工作机可以为水力测功机300，弹性联轴器100设置在柴油机200和水力测功机300之间，弹性联轴器100的弹性元件110与柴油机200连接在一起，弹性联轴器100的法兰120与水力测功机300连接在一起。这样，柴油机200的转矩和转速可以有效地经由弹性联轴器100传递到水力测功机300，从而使得弹性联轴器100能够补偿主机(柴油机200)和工作机(水力测功机300)之间的各向稳态及瞬态相对位移，具有隔声减振抗冲击功能，而且在轴系工作转速范围内避免发生轴系强扭转共振等现象。

现返回图1，法兰120可以由金属材质制成，以使得法兰120具有足够的结构强度。法兰120可以包括盘部121。盘部121沿其周向方向可以间隔设置有多个连接孔123。法兰120与工作机(例如，水力测功机300)可以通过***多个连接孔123的多个连接件(例如螺钉、螺栓等)连接。此外，为了便于法兰120与膜盘130连接，可选地，在本实施方式中，法兰120还包括自盘部121沿弹性联轴器100的轴向方向延伸的突出部122。膜盘130可以通过连接至法兰120的突出部122而连接至法兰120，这将在下文中详细描述。

需要说明的是，本文所称的“弹性联轴器的轴向方向”是指平行于弹性联轴器100在自然状态下的中心轴线A的方向。下文将要提到的“弹性联轴器的径向方向”则是指垂直于弹性联轴器100在自然状态下的中心轴线A并且从中心轴线A发散或者朝向中心轴线A的方向。

为了使得弹性元件110具备良好的弹性形变，弹性元件110可以由橡胶制成。由橡胶制成的弹性元件110还可以实现良好的传递转矩、隔声降振和实现径向位移补偿等功能。为了便于安装，弹性元件110可以通过螺栓111和垫片与主机连接。

膜盘130由复合材料制成，这样可以使得膜盘130在保证相应的结构强度的情况下，还具有质量轻且隔声减振的功能。可选地，为了更好地提升膜盘130的使用寿命及结构强度，膜盘130可以由碳纤维复合材料制成，这样可以使得膜盘130强度高、耐腐蚀并且无磁性，进而避免了弹性联轴器100在传递转矩和转速时受到磁场干扰。

为了使得弹性联轴器100能够补偿主机和工作机之间的各向稳态及瞬态相对位移，而且在轴系工作转速范围内避免发生轴系强扭转共振等现象，膜盘130的至少一部分沿弹性联轴器100的轴向方向位于弹性元件110和法兰120之间。

具体地，在本实施方式中，如图2所示，膜盘130可以包括第一延伸段131、第二延伸段132和形变段133。下面将结合图1和图2详细描述膜盘130的各个部件。

如图2所示，第一延伸段131与法兰120连接。例如，在本实施方式中，第一延伸段131构造为管状，第一延伸段131套设在法兰120的突出部122的外侧并且与突出部122连接。

可选地，第一延伸段131可以通过胶接的方式与法兰120的突出部122连接在一起。为了保证连接的牢固，第一延伸段131和法兰120的突出部122还可以进一步经由第一连接件134连接在一起。当然，为了确保突出部122和第一延伸段131连接的牢固，突出部122和第一延伸段131可以通过多个第一连接件134连接在一起。

为了便于操作，第一连接件134可以包括螺栓、外垫片、内垫片和螺母。外垫片沿弹性联轴器100的径向方向设置在第一延伸段131的外侧。内垫片沿弹性联轴器100的径向方向设置在法兰120的内侧。螺栓穿过第一延伸段131和法兰120的突出部122并且和螺母螺纹连接，以使得第一延伸段131和法兰120连接在一起。

当然，膜盘130和法兰120的连接方式并不局限于图示所示的连接方式，在未图示的实施方式中，膜盘130的第一延伸段131沿弹性联轴器100的轴向方向完全设置在法兰120和弹性元件110之间并与法兰120连接在一起。

第二延伸段132相对于第一延伸段131设置在径向外侧，且第二延伸段132与弹性元件110连接。为了便于膜盘130与弹性元件110连接，可选地，如图1所示，弹性联轴器100还可以包括过渡法兰140，过渡法兰140设置在膜盘130和弹性元件110之间并且连接至膜盘130的第二延伸段132和弹性元件110，从而使得膜盘130的第二延伸段132与弹性元件110连接。

过渡法兰140可以通过第二连接件150与膜盘130的第二延伸段132连接。第二连接件150可以包括螺栓和垫片，以便于安装。为了防止在连接过程中第二连接件150挤压磨损膜盘130，结合图2所示，弹性联轴器100还包括衬套160。衬套160包括小直径部161和大直径部162。膜盘130的第二延伸段132设置有第一通孔，小直径部161设置在第一通孔中。小直径部161设置有第二通孔。大直径部162连接至小直径部161并且在过渡法兰140的相对侧与第二延伸段132贴合。大直径部162具有与第二通孔连通的第三通孔。第二连接件150经由第二通孔和第三通孔与第二延伸段132和过渡法兰140连接。这样，可以避免膜盘130变形。

为了便于过渡法兰140与弹性元件110连接，如图1所示，过渡法兰140还包括与第一通孔交错设置的第四通孔，弹性元件110设置有第五通孔，第三连接件141经由第四通孔和第五通孔与过渡法兰140和弹性元件110连接。第三连接件141可以包括螺栓和垫片，以便于安装。

如图2所示，形变段133连接第一延伸段131和第二延伸段132。具体地，在本实施方式中，形变段133在弹性联轴器100的径向方向上位于第一延伸段131与第二延伸段132之间。形变段133的一端连接至第一延伸段131，形变段133的另一端连接至第二延伸段132。为了使得弹性联轴器100具有较好的位移补偿功能，形变段133构造为波纹形并且能够发生弹性形变。这样，弹性联轴器100在传递转矩和转速的时候，膜盘130可以实现轴向位移和角向位移补偿，弹性元件110可以实现径向位移补偿。

进一步地，结合图1和图2所示，为了使得形变段133发生良好的弹性形变，形变段133的厚度沿弹性联轴器100的径向向外的方向逐渐减小。在本实施方式中，形变段133的厚度指的是形变段133沿弹性联轴器100的轴向方向的尺寸。常规的弹性联轴器100中的金属膜片或挠性杆一般采用等厚度薄圆片。申请人发现，等厚度薄圆片的刚度随着补偿位移的增加而增大，补偿反力呈非线性增加，容易对所连接设备产生不利的影响。而本发明公开的膜盘130的形变段133构造为波纹形，且形变段133采用波纹形结构以及厚度不同的设计，这样，膜盘130受到的补偿反力随着补偿位移的增大线性增加，但补偿刚度保持不变，使得膜盘130具有更大的位移补偿能力和反力小等特点。

在制作膜盘130的过程中，申请人经过对膜盘材料铺层设计、强度计算、模具设计和成型工艺等方面探索和研究，克服了采用变厚度和波纹形盘面结构设计等技术难点，成功制备了采用复合材料(例如碳纤维复合材料)制成的等刚度的膜盘130。在对膜盘130进行试验时，通过样机静、动态扭转试验、位移补偿试验、角向疲劳试验、转速试验和高速动平衡试验等，验证了膜盘130的各项参数指标均达到要求的设计值。

现对膜盘130发生弹性形变的情况进行描述。

如图3所示，膜盘130构造为沿弹性联轴器100的轴向方向可伸缩。结合图6所示，主机(即柴油机200)启动，弹性元件110与主机连接，主机输出的转矩和转速经由弹性元件110传递到膜盘130，再经由膜盘130传递到法兰120。此时，膜盘130的形变段133发生弹性形变，膜盘130沿弹性联轴器100的轴向方向朝向法兰120的方向伸长，从而实现轴向位移补偿。当主机停止之后，弹性联轴器100不再运转，形变段133回复使得膜盘130沿弹性联轴器100的轴向方向朝向弹性元件110的方向缩短，从而复位。当然，在未图示的实施方式中，膜盘130还可以先沿弹性联轴器100的轴向方向朝向弹性元件110的方向缩短，再朝向法兰120的方向伸长，从而复位。

在本实施方式中，如图3所示，膜盘130沿弹性联轴器100的轴向方向的伸长量W_α可以为0～19mm，膜盘130沿弹性联轴器100的轴向方向的缩短量可以为0～19mm，这样可以广泛的应用到各种环境中。

如图4所示，当形变段133发生弹性形变时，因为主机输出的转速和转矩传递至膜盘130，第一延伸段131还可以偏离弹性联轴器100的中心轴线A一定角度W_ω，从而实现角向位移补偿。在本实施方式中，角度W_ω可以为1°～2°，这样可以广泛的应用到各种环境中。

如图5所示，因为主机输出的转速和转矩传递至弹性元件110，弹性元件110构造为沿弹性联轴器100的径向方向可以移动，从而实现径向位移补偿。在本实施方式中，弹性元件110为沿弹性联轴器100的径向方向的移动的距离W_γ为0～14mm，这样可以广泛的应用到各种环境中。

根据本发明公开的弹性联轴器100包括弹性元件110、法兰120和膜盘130，弹性元件110可以实现较大的径向位移补偿，膜盘130包括构造为波纹形的形变段，可以更好地实现较大的轴向位移补偿和角向位移补偿，这样既可以很好的传递转速和转矩，又可以满足减振、降噪和抗冲击的功能。同时，本发明公开的弹性联轴器100的膜盘采用复合材料制成，可以很好地减轻重量。本发明公开的弹性联轴器100的重量比常规联轴器的重量减轻15％以上。同时，本发明公开的膜盘130可以代替金属膜片或挠性杆，减轻了主机挂重及轴承磨损，满足了现代动力系统对高功率密度和低目标特性的发展需求。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。