一种具有阻尼及径向限位的联轴器结构的制作方法

本发明涉及传动轴系连接，具体为一种具有阻尼及径向限位的联轴器结构。

背景技术：

1、随着高速动力系统的不断发展升级，不同机组与应用环境对联轴器的性能指标提出了更高要求，包括高扭矩转速、大位移补偿、低转动惯量、低轴向刚度等，既需要联轴器具备较强的变形补偿能力以吸收轴系安装误差与运行偏移，也需要其在瞬时冲击等恶劣工况下保持低轴向刚度，尽可能降低对相连设备的附加作用力。

2、为提升联轴器的补偿能力，行业内通常采用两种技术路线：一是增大挠性元件的外径尺寸以提升单组元件的补偿量，二是串联多组挠性元件或挠性单元叠加补偿能力。但受限于轴系的空间布局约束与高转速适配要求，大外径结构的联轴器应用场景受限，因此多挠性元件、多挠性单元串联形式的联轴器被广泛应用于高性能船舶动力传动轴系中。多挠性元件串联的联轴器轴向补偿能力为各挠性元件轴向补偿能力之和，整台联轴器的轴向刚度可大幅降低，能够很好地匹配低轴向刚度的应用需求。

3、但多挠性元件联轴器的结构特性决定了其固有缺陷：联轴器的径向刚度极低，运行过程中径向变形量大，挠性元件会因径向偏移产生过高的附加应力，同时轴系易出现平动振动、锥形振动及多种混合振型，振型形式不稳定、动力学特性复杂，严重制约了多挠性联轴器在高速轴系中的应用可靠性。

4、针对上述问题，现有技术尝试增设径向支撑结构以限制联轴器的径向变形，但现有方案仍存在明显缺陷：一类采用球面副配合的径向支撑结构，虽可同时实现径向限位与角向转动适配，但球面配合面的加工精度要求高、制造成本高，配合面弧度偏差极易导致转动卡滞，反而限制联轴器的角向补偿能力；另一类单一刚性限位的径向支撑结构，仅能实现径向位移约束，无法为轴系提供附加阻尼，难以抑制高速轴系的振动传递，无法进一步优化轴系的动力学特性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有径向支撑的联轴器结构，包括多膜盘组件、第一法兰、第二法兰以及第一紧固件，所述第二法兰的外圈通过第一紧固件与多膜盘组件的左端外缘固定连接，所述第一法兰的外圈通过第一紧固件与多膜盘组件的右端外缘固定连接，还包括球面环；

2、所述球面环设置于第二法兰内圈的外表面与第一法兰内圈的内表面之间的环形间隙中；

3、所述球面环的内圈为圆柱面结构，所述球面环的内圆柱面与第二法兰内圈的外圆柱面为径向间隙配合，所述球面环与第二法兰沿联轴器的轴线方向相对滑动；

4、所述球面环的外圈为球面结构，所述球面环的外球面与第一法兰内圈的内球面为间隙配合，所述球面环的外球面与第一法兰沿球面相对转动；

5、所述球面环限定第一法兰与第二法兰之间的径向相对位移，所述球面环仅允许第一法兰与第二法兰发生角向相对转动与轴向相对滑动。将球面环内嵌于第一法兰与第二法兰的内圈环形空腔中，不占用联轴器外部径向空间，从而适配动力轴系紧凑的布局限制，且内圈圆柱配合面承担径向限位与轴向导向双重作用，外圈球面配合面承担径向限位与角向转动适配作用，二者共同约束径向自由度的同时，将轴向滑动与角向转动的功能解耦，避免单一配合面同时适配多向变形导致的磨损不均、卡滞风险，支撑结构与多膜盘组件的变形模式适配，以支撑约束作用于法兰内圈，不干涉多膜盘组件外缘膜盘型面的弯曲变形因此不会降低联轴器原有的轴向、角向补偿能力，从根源上抑制多膜盘组件的径向窜动，避免挠性元件因径向变形产生附加疲劳应力，改善轴系的振型稳定性。

6、优选的，所述第二法兰与多膜盘组件的一端通过径向止口实现径向定位，所述第一法兰与多膜盘组件的另一端通过径向止口实现径向定位。其中，径向止口作为装配基准，保障法兰与多膜盘组件的同轴度精度，间接保证球面环内外配合面的周向间隙均匀性，而在具体实施过程中，若法兰与膜盘装配偏心，导致球面环单边受力，旋转时出现偏磨、发热甚至卡滞，由此本技术的止口定位可从装配源头消除该风险，同时，径向止口可分担轴系运转时的径向剪切载荷，降低第一紧固件所受的径向力，避免紧固件受剪疲劳失效，提升高速大扭矩工况下的连接可靠性。

7、优选的，为了解决轴向限位与结构紧凑性的矛盾，所述第一法兰内圈的内表面沿轴向分为三段结构，且所述第一法兰中间段为球面，所述球面的轴向左右两端分别设置有圆柱面，所述球面的直径大于两侧圆柱面的直径，所述球面环的外球面直径与球面的直径相匹配，且所述圆柱面的直径均小于球面环的外球面直径，形成限制球面环沿轴向脱出的限位台阶。将双向限位台阶直接加工于法兰内孔，从而无需额外固定零件，两侧圆柱面除限位作用外，还可在球面环装入过程中起到导向作用，避免安装时刮伤精密球面工作面，并且双向对称的限位结构可适配联轴器轴向拉伸、压缩两种变形状态，无论轴系处于何种变形工况，球面环均不会从配合面脱出，保障全工况下的支撑可靠性。

8、优选的，所述第一法兰的内圈端面沿轴向加工有对称布置的两个圆柱面槽，所述圆柱面槽的直径大于球面环的外球面直径，所述圆柱面槽的直径大于球面环的外球面直径，在上述中，因为两侧限位台阶的直径小于球面环的外球面直径，球面环无法沿轴向直接装入法兰内孔，端面开设的对称圆柱面槽则提供了径向装入的专用通道，对称双槽的设计可保证安装时球面环两侧受力均匀，避免单侧装入导致的零件偏斜与工作面刮伤，槽的尺寸预留装配余量，可适配球面环的加工公差波动。

9、优选的，所述球面环经圆柱面槽放入第一法兰内圈并旋转至与联轴器轴向同向时，所述球面环卡入第一法兰的内球面内完成轴向定位安装，所述球面环旋转至与联轴器轴向垂直时，可经圆柱面槽取出完成拆卸，由此，联轴器工作时球面环处于与轴向同向的卡装状态，轴系旋转产生的离心力会使球面环进一步贴合法兰内球面，不会自行旋转脱出。

10、优选的，所述球面环的外球面与第一法兰的内球面之间为间隙配合，二者可无卡滞地实现相对角向转动。因为间隙过小会导致高速运转时零件热膨胀卡死，间隙过大则会产生径向冲击，反而加大多膜盘组件的附加应力，小间隙可在运转时形成流体动压润滑油膜，减少球面配合面的磨损，同时球面配合具备自动对中特性，角向变形过程中接触面积稳定，不会出现局部应力集中，相较于销轴式、拨叉式角向适配结构，受力更均匀，更适配高转速、连续运转的工况。

11、优选的，所述多膜盘组件还包括多膜片组件，替换后第一法兰、第二法兰与球面环的连接及配合关系保持不变。

12、本发明还提供一种具有阻尼及径向限位的联轴器结构，包括多膜盘组件、第一法兰、第二法兰以及第二紧固件，所述第二法兰的外圈通过第二紧固件与多膜盘组件的左端外缘固定连接，所述第一法兰的外圈通过第二紧固件与多膜盘组件的右端外缘固定连接，还包括橡胶环和径向支撑环；

13、所述径向支撑环套设于第二法兰内圈的外表面外侧，所述橡胶环套设于径向支撑环的外表面外侧，所述橡胶环与径向支撑环共同嵌装于第二法兰内圈外表面与第一法兰内圈内表面之间的环形空腔中；

14、所述径向支撑环的内圈与外圈均为圆柱面结构，所述径向支撑环的内圆柱面与第二法兰内圈的外圆柱面为径向间隙配合，二者可沿联轴器的轴线方向相对滑动；

15、所述橡胶环以预压缩状态安装于径向支撑环的外圆柱面与第一法兰的内表面之间，用于通过自身弹性变形适应第一法兰与第二法兰之间的角向相对转动；

16、优选的，所述径向支撑环限定第一法兰与第二法兰之间的径向相对位移，仅允许二者发生角向相对转动与轴向相对滑动。本技术针对球面支撑结构加工难度高、易卡滞的痛点进行优化，从而提供进一步的技术方案，采用全圆柱面的径向支撑环替代球面零件，圆柱面的加工精度与一致性远高于球面，可彻底避免球面弧度加工误差导致的转动卡滞问题，降低加工成本与废品率；

17、橡胶环同时承担角向变形适配与振动阻尼双重功能，无需额外增设阻尼元件即可实现轴系减振，结构高度集成；橡胶的黏性阻尼特性对中高频振动抑制效果优异，刚好匹配高速轴系的振动治理需求，且不会提升联轴器的轴向刚度，完全保留原有轴向补偿能力。

18、优选的，所述第一法兰内圈的内表面为三段式阶梯轴结构，所述第一法兰沿轴向分为左右两段小直径圆柱面与中间段大直径圆柱面，所述中间段大直径圆柱面的直径大于两侧小直径圆柱面的直径，形成用于所述容纳橡胶环与径向支撑环的环形安装槽；

19、请参照附图，第一法兰内圈的三段式阶梯轴结构，该阶梯槽利用橡胶环预压缩后的径向膨胀特性实现轴向定位，无需胶粘、紧固件等额外固定方式，装配工序简单高效，中间大直径槽段为橡胶环预留了足够的径向变形空间，角向转动时橡胶环局部受挤压可自由变形，不会被槽壁挤死，保障联轴器的角向补偿行程；两侧小直径台阶形成双向限位，可适配轴系拉伸、压缩两种轴向变形状态，避免橡胶环与径向支撑环轴向窜动脱出，适配船用轴系免维护、高可靠性的使用需求。

20、所述两侧小直径圆柱面的直径小于预压缩状态下橡胶环的外径，形成限制橡胶环与径向支撑环轴向脱出的限位台阶。

21、优选的，所述多膜盘组件还包括多膜片组件，替换后第一法兰、第二法兰、橡胶环与径向支撑环的连接及配合关系保持不变。

22、有益效果

23、本发明提供了一种径向支撑以及阻尼径向限位的联轴器结构，具备以下有益效果：本发明的两种径向支撑结构均设置于两端法兰的内圈空腔中，支撑约束作用于法兰内圈，不会干涉多膜盘组件外缘膜盘型面的弯曲变形，在完整保留联轴器原有轴向、角向变形补偿能力的基础上，有效限制多挠性元件的过大径向变形，降低挠性元件因径向偏移产生的附加疲劳应力，抑制平动、锥形等不稳定振型，改善轴系动力学特性，使大补偿能力的多挠性联轴器可稳定应用于高速传动轴系连接场景；

24、采用内圈圆柱面结合外圈球面的球面环结构，将轴向滑动导向与角向转动适配功能解耦，支撑稳定无卡滞；第一法兰内圈集成三段式球面与限位台阶结构，配合端面开设的拆装槽，无需额外增设挡圈、紧固件等零件，即可实现球面环的可靠轴向定位与快速拆装，整体结构紧凑、轴向尺寸小，适配低惯量、安装空间受限的高速轴系工况，同时降低了装配与维护成本；

25、采用内外全圆柱面的径向支撑环替代球面配合结构，圆柱面的加工工艺性远优于球面，加工精度与一致性易保证，可彻底避免球面弧度加工误差导致的转动卡滞问题，大幅降低加工成本与废品率；配套预压缩安装的橡胶环可同时承担角向变形适配与振动阻尼双重功能，无需额外增设阻尼元件即可有效抑制轴系中高频振动，进一步优化轴系减振性能，适配振动控制要求高、对加工成本敏感的应用场景。