CN103912570B - 高弹性花键伸缩传动轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高弹性花键伸缩传动轴，包括芯轴和套在该芯轴外的轴套，在所述芯轴和轴套之间设有贴于芯轴外壁和轴套内壁布置的弹性衬管，所述弹性衬管固定在所述轴套上，且芯轴与弹性衬管的配合面为直多棱柱面。该传动轴在使用时既具有较大的轴向伸缩功能，又具有较大的角向位移纠偏功能和较大的轴线径向纠偏功能，可用在需要大伸缩量的传动轴、连接轴、常规联轴器、万向联轴器中。

Description

高弹性花键伸缩传动轴

技术领域

本发明属于机械传动领域，涉及一种高弹性花键伸缩传动轴。

背景技术

同轴机械设备转轴连接的最简单的形式是平键连接，包括单平键、双平键、矩形键，它们都属于没有让步空间、没有错位补偿的硬连接。当决定要采用硬连接形式的设备，安装工作必须保证两设备轴线的严格对中，否则，一旦轴线“对中”被遭破坏，应力集中现象甚至可能是十倍、廿倍于额定负荷，从而导致设备瘫痪、停产的严重后果。因而，多数成套设备宁可采用“挠性”联轴形式。

轴系“挠性”联轴的核心命题就是求解“承载”与“错位纠偏”的力学平衡点。渐开线花键利用存在于渐开线齿侧、齿顶、齿根的预留间隙，给设备轴线提供必不可少的轴向、角向、径向让步空间，避免了工作中的应力集中现象发生。鉴于普通渐开线齿轮的齿侧、齿顶、齿根间隙非常有限，鼓形齿渐开线花键传动装置应运而生。鼓形齿渐开线花键被认为是最轻巧、最紧凑的传动装置而广泛用于对重量、体积有非常严格控制的高推力重量比的航空发动机。

随着时代进步和设备不断升级，要求花键传动装置不仅具有宽松的让步空间的柔软性、并且能够在满载、冲击过载、高频大伸缩量往复运动条件下提供长年低能耗、高效、高耐久性服务。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，提供一种高弹性花键伸缩传动轴，该传动轴在使用时既具有较大的轴向伸缩功能，又具有较大的角向位移纠偏功能和较大的轴线径向纠偏功能，可用在需要大伸缩量的传动轴、连接轴、常规联轴器、万向联轴器中。

本发明的技术方案是：一种高弹性花键伸缩传动轴，包括芯轴和套在该芯轴外的轴套，在所述芯轴和轴套之间设有贴于芯轴外壁和轴套内壁布置的弹性衬管，所述弹性衬管固定在所述轴套上，且芯轴与弹性衬管的配合面为直多棱柱面。

所述轴套的内壁面为圆柱面，所述的弹性衬管由若干个固定在轴套内的弓形线弹簧排列叠合而成，轴套的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞。

所述轴套的内壁面为直多棱柱面，所述弹性衬管由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的虎口形线弹簧排列叠合而成，轴套的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞。

所述轴套的内壁面为直多棱柱面，所述弹性衬管由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的桥形线弹簧排列叠合而成，轴套的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞。

所述轴套的内壁面为直多棱柱面，所述的弹性衬管由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的三角形线弹簧排列叠合而成，轴套的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞。

所述轴套的内壁面为直多棱柱面，所述的弹性衬管由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的S形线弹簧排列叠合而成，轴套的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞。

所述轴套的内壁面为直多棱柱面，所述弹性衬管由若干个均匀分布的紧贴轴套内壁面的三角形弹性靠枕排列叠合而成，所述三角形弹性靠枕由橡胶材料或尼龙材料或聚亚氨脂材料制成。

所述三角形弹性靠枕内设有中空气囊。

所述芯轴和轴套各为1个。

所述芯轴为1个，所述轴套为2个，且这两个轴套位于芯轴的轴向两侧。

所述芯轴为2个，所述轴套为1个，且这两个芯轴位于轴套的轴向两侧，所述两芯轴之间相互隔开一定距离而在两芯轴与弹性衬管之间形成储油腔，芯轴上开设有将所述储油腔与外界连通的油路，该油路的进油口装有直注式油杯，所述两芯轴之间连有压缩弹簧。

本发明的优点是：本发明的高弹性伸缩花键传动轴可用作设备抗疲劳缓冲器；强力改善润滑条件、具有长效节能效果；还可用作伸缩位移非常困难的盘片联轴器间隔轴和万向联轴器的传动轴，节省总力学资源15~20%。并具有以下几大优点：

优点之一：润滑剂在弹性衬管内可无遮拦穿透，易散热和冷却，有效地防止工作表面出现胶合、紧涩、磨损故障，保障长年高效、低耗的动力传递，永久性长效的节能技术符合国家的节能减排方针。

优点之二：足够丰富的弹性、缓冲性，适应大的瞬时冲击载荷和扩大动力传递的过载能力，有效防止设备疲劳失效。

优点之三：弹性衬管的安装、维修和更换，不会破坏设备的原始对中。

优点之四：用于制作弹性衬管的线弹簧可委托专业弹簧厂实行规模化生产；直多棱柱面内壁的轴套可采用玻璃钢缠绕成形或定购无缝钢管，成本低廉，性价比高。

优点之五：也可以满足同步性、过载保护、电绝缘和免润滑需要。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是原始状态下虎口形线弹簧弹性衬管的横断面结构示意图；

图3是满载状态下虎口形线弹簧弹性衬管的横断面结构示意图；

图4a和图4b是弓形线弹簧弹性衬管的横断面结构示意图；

图5、图6和图7是三角形线弹簧弹性衬管的横断面结构示意图；

图8和图9是S形线弹簧弹性衬管的横断面结构示意图；

图10和图11是聚亚氨脂等高分子材料的三角形弹性靠枕制成的弹性衬管的断面结构示意图；

图12是本发明实施例二的结构示意图；

图13是本发明实施例三的结构示意图；

图14是本发明实施例四的结构示意图；

图15是本发明实施例五的结构示意图；

图16是本发明实施例六的结构示意图；

图17是本发明实施例七的结构示意图；

图18是本发明实施例八的结构示意图；

图19是本发明实施例九的结构示意图；

其中：1-芯轴，2-轴套，3-弹性衬管，4-挡圈，5-内卡簧，7-自锁螺母，8-螺栓，9-活塞胀圈，10-密封装置骨架，11-密封圈，12-螺钉，13-螺塞，14-压簧，15-弹簧钢丝接口，20-中空圆柱销，21-防尘密封环，22-轴头，23-软轴，24-锡钎焊，25-限位间隙，26-储油腔道，27-定距套，28-止动垫片，29-花螺母，30-鼓形齿轮万向节，31-弓形线弹簧，32-桥形线弹簧，33-三角形线弹簧，34-S形线弹簧，35-虎口形线弹簧，36-三角形弹性靠枕，37-三角形气囊靠枕，38-限位键,39-燕尾限位键,40-燕尾段，41-十字万向节，42-交叉膜片联轴节，43-球笼万向节，44-膜盘联轴节，45-鼓形键万向节，361-中空气囊。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例的高弹性花键伸缩传动轴包括一个芯轴1和一个轴套2，所述轴套2套在所述芯轴1外。

所述轴套2内同轴固定安装有与轴套2内壁紧贴在一起的弹性衬管3，弹性衬管3的两端均用挡圈4和内卡簧5定位。芯轴1与弹性衬管3的配合面为直多棱柱面（所述的“配合面”，是指在弹性衬管与芯轴相接触的长度段上，弹性衬管的内壁面和芯轴的外壁面）。芯轴1与弹性衬管3之间具有径向和周向的弹性让步空间，可以在缓冲和维持自由伸缩的条件下传递扭矩。

上述弹性衬管3可采用如下几种具体结构形式：

1）第一种结构形式：如图2和图3所示，所述轴套2的内壁面为直多棱柱面，所述弹性衬管3由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的虎口形线弹簧35排列叠合而成。为了方便对本传动轴内进行注油和放油，以方便润滑，还可在轴套2的壁上开设对称分布的一个注油孔和一个放油孔，注油孔和放油孔均安装一螺塞13（图中未示出）。

结合如图1、图2和图3，现将其工作原理介绍如下：虎口形线弹簧35具有两个工位，处于原始工位ɑ°时，虎口张开，上下唇之间具有明显的限位间隙25；处于满载工位β°时，虎口紧闭，限位间隙25消除。

虎口形线弹簧发生弹性变形而向内弯曲，当芯轴1转动到其上的A点与虎口形线弹簧35上的B点重叠，这一弹性形变消除了虎口形线弹簧35的限位间隙25，此时芯轴1完全抵住虎口形线弹簧35，且虎口形线弹簧35不能够继续产生形变，这样一来，当芯轴1继续旋转时，A点不能够越过B点，芯轴1便会带动轴套2一起旋转。

当然，在设计本传动轴时，应注意控制好芯轴1的尺寸与弹性衬管3的尺寸相适配，避免芯轴1在旋转时出现打滑现象（即芯轴上的A点越过虎口形线弹簧上的B点的现象）。

2）第二种结构形式：如图4a和图4b所示，该弹性衬管3由若干个固定在轴套内的弓形线弹簧31排列叠合而成，弓形线弹簧31有两种固定形式，一种形式(如图4a)是所有弓形线弹簧31均通过螺钉12以及与该螺钉螺纹连接的限位键38固定在轴套2的内壁上；另一种形式(如图4b)是所有弓形线弹簧31均骑卡在燕尾限位键39上，依靠燕尾限位键39上的燕尾段固定在轴套2的内壁上。为了方便对本传动轴内进行注油和放油，以方便润滑和清洗，还可在轴套2的壁上开设对称分布的一个注油孔和一个放油孔，注油孔和放油孔均安装一螺塞13（图中未示出）。

本结构弹性衬管的工作原理与第一种结构相似，具体如下：

工作时，芯轴1在外界动力作用下作逆时针方向的旋转，且转过的相位角为e，芯轴1会挤压弓形线弹簧31使弓形线弹簧发生弹性形变而向内弯曲，当e为临界值时（芯轴1从A点转动到B点），这一弹性形变消除了弓形线弹簧31与限位键38之间的限位间隙25，使得芯轴1卡住限位键38，从而带动弹性衬管3旋转，进而带动轴套2旋转；

3）第三种结构形式：如图5、图6和图7所示，所述轴套2的内壁面为直多棱柱面，所述的弹性衬管3由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的三角形线弹簧33排列叠合而成，排列叠合时，三角形线弹簧33弹簧钢丝的接口允许在等腰三角形的顶部；或者是弹簧钢丝的接口允许在等腰三角形底边的左侧或者右侧；或者是弹簧钢丝的接口允许在等腰三角形底边的左侧或者左侧。其中，三角形线弹簧33可采用图5所示的结构，也可以采用图6和图7所示的结构。采用图6和图7的结构时，奇数层三角形线弹簧34的开口在三角形底边的左侧，如图6；偶数层三角形线弹簧34的开口在三角形底边的右侧，如图7。为了方便对本传动轴内进行注油和放油，以方便润滑和清洗，还可在轴套2的壁上开设对称分布的一个注油孔和一个放油孔（两个油孔），注油孔和放油孔均安装一螺塞13（图中未示出）。

4）第四种结构形式：如图8和图9所示，所述轴套2的内壁面为直多棱柱面，所述的弹性衬管3由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的S形线弹簧34排列叠合而成，奇数层为正S形线弹簧34，如图8；偶数层为反S形线弹簧34，如图9；芯轴1的外形呈中段细长，两头加粗的哑铃状，加粗段的外壁面为直多棱柱面，每个加粗段的前后分别以挡圈4和内卡簧5定位，上述的虎口形线弹簧35、弓形线弹簧31、三角形线弹簧33以及S形线弹簧34均采用圆形断面或者矩形断面的弹簧钢丝绕制而成。为了方便对本传动轴内进行注油和放油，以方便润滑，还可在轴套2的壁上开设对称分布的一个注油孔和一个放油孔，注油孔和放油孔均安装一螺塞13（图中未示出）。

5）第五种结构形式：如图10所示，所述轴套2的内壁面为直多棱柱面，所述弹性衬管3由若干个均匀分布的紧贴轴套内壁面的三角形弹性靠枕36排列叠合而成，所述三角形弹性靠枕36由聚亚氨脂材料制成。

如图11所示，为了增强三角形弹性靠枕36的弹力，本例还在所述三角形弹性靠枕36内设有中空气囊361。

上述第三至第六这四种结构形式弹性衬管的工作原理与第一和第二种结构形式弹性衬管的工作原理相似，不再一一介绍。

需要说明的是，当弹性衬管3采用第二至第五这四种结构形式中的任意一种时，所述芯轴1与弹性衬管3的配合面最好为正多棱柱面。当弹性衬管3采用第一、第三、第四和第五这四结构形式中的任意一种时，所述轴套2的内壁面最好为正多棱柱面。

此外，本实施例中，所述轴套2还开有用于供应和排放润滑脂的螺纹孔，螺纹孔中布置有可拆卸的螺塞13。工作时，可通过螺纹孔向传动轴内注入润滑脂，注入的润滑脂以两芯轴1的轴向对撞运动为动力，以弹性衬管3自身的腔道（不难看出，当弹性衬管3采用第一至第五这五种结构形式中的任意一种时，由于虎口形线弹簧35、弓形线弹簧31、三角形线弹簧33以及S形线弹簧34的特殊结构，而使得弹性衬管3自身带有轴向的腔道）为对流空间，将经过对撞运动，充分搅拌的润滑脂压向各摩擦付表面，从而使弹性衬管3与芯轴1的接触面获得均匀充分润滑，不出现磨损或胶合倾向。

实施例二：

如图12所示，本实施例的高弹性花键伸缩传动轴具有两个芯轴1和一个轴套2，这一个轴套2套在所述两个芯轴1外，且这两个芯轴1分别位于轴套2的两端。

本实施例中弹性衬管3也可采用实施例一中弹性衬管的五种结构形式。而且，本实施例的工作原理与实施例一相似，不再重复介绍。

此外，本实施例中，所述两芯轴1之间相互隔开一定距离而在两芯轴1与弹性衬管3之间形成储油腔道26。轴套2上对称地开设有两个用于注油和放油的通孔，该通孔将所述储油腔道26与外界连通，通孔中还布置有可拆卸的螺塞13。

实施例三：

如图13所示，本实施例的高弹性花键伸缩传动轴具有一个芯轴1和两个轴套2，这两个轴套2均套在所述芯轴1外，且这两个轴套2分别位于芯轴1的两端。

所述轴套2内同轴固定安装有与轴套2内壁紧贴在一起的弹性衬管3，弹性衬管3的两端用挡圈4和内卡簧5定位。所述芯轴1紧贴弹性衬管3的内壁布置，且芯轴1与弹性衬管3的配合面为直多棱柱面。芯轴1与弹性衬管3之间具有轴向和径向的弹性让步空间，可以在缓冲和维持自由伸缩的条件下传递扭矩。

本实施例中弹性衬管3也可采用实施例一中弹性衬管的五种结构形式。而且本实施例的工作原理与实施例一相似，不再重复介绍。

实施例四：

当本发明的传动轴用做免润滑、电绝缘、高速弹性传动杆时，如图14所示，所述芯轴1为1个，所述轴套2为2个，且这两个轴套2分别位于芯轴1的两端，本例中的栅排叠合弹性衬管3系由富弹性的聚亚氨脂等高分子材料制成的三角形弹性靠枕36叠合而成，三角形弹性靠枕36内设有中空气囊。芯轴1由一根钢丝软轴23和两个转接轴22构成，其外形呈中段细长两头加粗的哑铃状，细长的中段为钢丝软轴23，两头为转接轴22，钢丝软轴23与转接轴22配合好后，在转接轴22的喇叭孔缘和尾孔部内孔实施锡钎焊24，转接轴22的外壁面为直多棱柱面，转接轴22的前后分别以挡圈4和内卡簧5定位。

实施例五：

当本发明的传动轴用做常规膜片联轴器、交叉膜片联轴器的间隔轴时，如图15所示。芯轴1和轴套2各为1个，在芯轴1与轴套2之间的弹性衬管3由富弹性的聚亚氨脂等高分子材料制成的三角形弹性靠枕36叠合而成，芯轴1一端与交叉膜片联轴节相连接用螺钉12定位；轴套2一端与交叉膜片联轴节相连接用螺钉12定位。

实施例六：

当本发明的传动轴用做常规膜盘联轴器的间隔轴时，如图16所示。芯轴1和轴套2各为1个，在芯轴1与轴套2之间的栅排叠合弹性衬管3由富弹性的聚亚氨脂等高分子材料制成的三角形弹性靠枕36叠合而成，芯轴1一端与一个膜盘联轴节相连接用螺钉12定位，轴套2一端与另一个膜盘联轴节44相连接用螺钉12定位。

实施例七：

当本发明的传动轴用做常规鼓形齿轮联轴器的间隔轴时，如图17所示。芯轴1和轴套2各为1个，所述轴套2的内壁和芯轴1的外壁均为直多棱柱面，与之贴合的栅排叠合弹性衬管3是由若干个均匀分布的虎口形线弹簧32叠合而成。芯轴1一端与一个鼓形齿轮联轴节相连接用螺钉12定位，轴套2一端与另一个鼓形齿轮联轴节30相连接，用螺钉12定位。

实施例八：

当本发明的传动轴用做常规鼓形键联轴器的间隔轴时，如图18所示。芯轴1和轴套2各为1个，轴套2的内壁为直多棱柱面，所述芯轴1的外壁为直多棱柱面，与之贴合的弹性衬管3是由若干个均匀分布的三角形线弹簧33叠合而成，叠合时奇数层三角形线弹簧34的开口在三角形底边的左侧，偶数层三角形线弹簧34的开口在三角形底边的右侧。芯轴1一端与一个鼓形齿轮联轴节相连接用螺钉12定位，轴套2一端与另一个鼓形齿轮联轴节相连接用螺钉12定位。

实施例九：

当本发明的传动轴用做常规十字轴万向联轴器的伸缩传动轴时，如图19所示。芯轴1和轴套2各为1个，轴套2的内壁和芯轴1的外壁均为直多棱柱面，与之贴合的弹性衬管3是由若干个固定在轴套内的弓形线弹簧31叠合而成，芯轴1与其一端的十字轴万向节41相配合后用中空圆柱销20定位，中空圆柱销20中段安排有导油孔，中空圆柱销20的两端设有螺塞13；所述轴套2的一端与另一个十字轴万向节41以焊接方式相连接。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高弹性花键伸缩传动轴，包括芯轴(1)和套在该芯轴外的轴套(2)，其特征在于：在所述芯轴(1)和轴套(2)之间设有贴于芯轴外壁和轴套内壁布置的弹性衬管(3)，所述弹性衬管(3)固定在所述轴套(2)上，且芯轴(1)与弹性衬管(3)的配合面为直多棱柱面；

所述轴套(2)的内壁面为直多棱柱面，所述弹性衬管(3)由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的虎口形线弹簧(35)排列叠合而成，轴套(2)的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞(13)；

或

所述轴套(2)的内壁面为直多棱柱面，所述的弹性衬管(3)由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的三角形线弹簧(33)排列叠合而成，轴套(2)的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞(13)；

或

所述轴套(2)的内壁面为直多棱柱面，所述的弹性衬管(3)由若干个均匀分布的且紧贴轴套内壁面的S形线弹簧(34)排列叠合而成，轴套(2)的壁上开设有两个对称分布的油孔，每个油孔中均安装有螺塞(13)；

或

所述轴套(2)的内壁面为直多棱柱面，所述弹性衬管(3)由若干个均匀分布的紧贴轴套内壁面的三角形弹性靠枕(36)排列叠合而成，所述三角形弹性靠枕(36)由橡胶材料或尼龙材料或聚亚氨脂材料制成。

2.如权利要求1所述的高弹性花键伸缩传动轴，其特征在于：所述三角形弹性靠枕(36)内设有中空气囊(361)。

3.如权利要求1所述的高弹性花键伸缩传动轴，其特征在于：所述芯轴(1)和轴套(2)各为1个。

4.如权利要求1所述的高弹性花键伸缩传动轴，其特征在于：所述芯轴(1)为1个，所述轴套(2)为2个，且这两个轴套(2)位于芯轴(1)的轴向两侧。

5.如权利要求1所述的高弹性花键伸缩传动轴，其特征在于：所述芯轴(1)为2个，所述轴套(2)为1个，且这两个芯轴(1)位于轴套(2)的轴向两侧。