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CN1309749A - 挠性轴连接元件和装有该连接元件的挠性连接装置 - Google Patents

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CN1309749A CN99807407A CN99807407A CN1309749A CN 1309749 A CN1309749 A CN 1309749A CN 99807407 A CN99807407 A CN 99807407A CN 99807407 A CN99807407 A CN 99807407A CN 1309749 A CN1309749 A CN 1309749A
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Abstract

一种挠性轴连接元件,其包括一个筒形体,所述筒形体具有一个中间环形部分和位于两个相对的筒端的每一个上的连接部分。连接部分包括位于其内表面上轴向延伸的齿。其特征在于:环形部分具有扭转剪切能力,确定轴向延伸的齿的区域具有剪切能力,且齿剪切能力超过了环形部分的扭转剪切能力。

Description

说明书 挠性轴连接元件和装有该连接元件的挠性连接装置
本发明涉及一种挠性轴连接元件和装有这种元件的挠性连接装置。挠性轴连接元件呈挠性筒形体的形式，其包括一个环形部分和在环形部分任意一端位于相对的筒端的两连接部分，每个连接包括多个沿筒形体的至少一部分内圆周面轴向延伸的棱或齿，这些棱或齿可滑动地与对应设置在毂件或端部元件上的槽相啮合。这种连接装置可用于连接两个可连接到端部元件上的转动轴。本发明的挠性轴连接装置对于要将两个不对中的轴连接在一起是十分有用的，通过其挠性的环形部分或箍环以及棱或齿的弹性在轴之间建立可安静操纵的驱动连接。
迄今，挠性轴连接装置包括挠性承载箍环或环形部分和连接部分，所述连接部分具有轴向延伸的棱，该棱可与对应设置在毂件或端部元件上轴向延伸的槽进行啮合，其特征在于：这些棱通常具有梯形的形状或轮廓，并与基本上是刚性的端部元件上的对应形状的槽啮合。这种元件的棱是弹性材料制成的，且棱所贴靠的端部元件是由金属制成，因此，在与端部元件槽相对的弹性棱上产生不适当的应变。
对这些连接元件结构方面的改进通常是增强承载环以承受更大的扭转载荷。由于这种改进所带来的承载环承载能力的增大已经相当稳定了，因此，需要弹性棱来承受进一步增大的扭转应变。
现有技术的挠性轴连接装置通常呈现出特定的破坏模式，其包括由扭转应力或载荷所产生的一个或多个齿从筒形体内周面上断裂或剪断。通常，不仅仅是一个齿这样地被剪断，而是整个齿形面从连接元件的高强度承载基础面上被剪下，从而在一个或两个连接部分区域上留下光滑的、空的筒形体。因此，尽管现有技术连接元件的筒形体增大了其强度，但这种元件通常在作用在齿上的扭转载荷作用下仍过早地遭到破坏。
由于这种齿的剪断并不能从连接装置的外面明显地看到，因此，这种破坏模式还带来了其所特有的麻烦。在不进行停机取下弹性筒形体然后再检测连接元件的齿的情况下，就不能确定连接装置所传递的力矩大小或连接装置所剩的使用寿命。至少这就降低了生产率并增大了生产成本。更糟糕的是通常第一次发现了破坏就可能是连接元件的整体破坏。
因此，本发明的一个目的就是提供一种挠性连接元件，该连接元件比现有技术结构的承载能力要大，并基本上可避免扭转载荷所造成的棱的过早破坏。
本发明的另一个目的是提供一种工作时防滑性得到提高的装置。
本发明的又一个目的是提供一种在不必使连接装置停止工作或将其取下进行检查的情况下较早地指示出连接状态的装置。
为实现上述的和其它的目的，根据本发明，提供一种挠性轴连接元件和装有这种元件的挠性轴连接装置。本发明的挠性轴连接元件大致呈挠性的筒形体，其包括一个环形部分、至少两个连接部分、一个筒形体内周面或表面和一个筒形体外周面或表面，每个所述连接部分与所述环形部分同轴，并终止于其两个相对端部的其中之一处。每个连接部分包括多个沿筒形体的至少一部分内周面设置的轴向延伸的齿或棱。每个齿具有跨在连接部分内表面的一部分或弧上的周向宽度。
每个齿具有与每个周向宽度一起确定齿的剪切区的实际轴向长度。总的这些区域或累积的齿剪切区具有总的齿剪切能力。环形部分也可具有剪切能力，其主要是自然扭曲而与总的齿剪切能力不同。本发明的特征在于：总的齿剪切能力超过了环形部分的扭曲剪切能力。
术语“剪切能力”的含义是给定材料承受载荷(扭转和非扭转)、振动、频率、幅度、高温和低温以及时间综合作用的能力，作为一种呈现在材料中的能力，可在预定的作用下基本上保持其结构整体足以很好地进行工作。因此，在比较两种材料承受相同扭转载荷、振动等情况下的剪切能力方面，具有较低剪切能力的材料通常先于具有较大剪切能力的材料遭到破坏。这一特点将在下面进行详细描述。
通过展现出总的齿剪切能力大于环形部分的扭转剪切能力，本发明的挠性连接元件克服了现有技术的缺点，也基本上避免了齿的过早损坏。挠性连接元件还比现有技术的连接装置具有较高的承载能力。术语“承载能力”的含义是装置抵抗或承受其使用时所承受的总作用力的能力。承载能力还包括力矩的传递、幅度和频率分量。
在另一个实施例中，提供一种挠性连接装置，其包括上述元件，并还包括至少两个端部元件，端部元件具有与挠性连接元件的连接部分的齿相对应的槽，并与所述的齿相互啮合，每个端部元件连接在连接部分中，以便与至少两个轴中的一个相连接。
在又一个实施例中，提供一种如上所述的挠性连接元件，其还包括位于筒形体外表面上用于指示给定时刻传递到连接元件上的力矩大小的装置。
下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，以便更清楚地理解本发明的实质。附图中相同的标号代表相同的部件。
图1是现有技术挠性轴连接装置的透视图；
图2是图1所示现有技术的挠性轴连接装置的分解透视图；
图3是本发明实施例的挠性连接装置的透视图；
图4是图3所示本发明实施例的分解透视图；
图5是图1所示现有技术的挠性连接元件齿部沿A-A剖视的局部横截面图；
图6是图3所示本发明挠性连接元件齿部沿B-B剖视的局部横截面图；
图7是本发明实施例挠性连接元件的侧视图，该挠性连接元件在其外表面包括指示装置，且该元件未承受载荷；
图8是图7所示挠性连接元件的侧视图，其中，挠性连接元件承受扭转载荷。
图1示出了现有技术的挠性轴连接装置，图2是其分解透视图，其中，连接组件10包括两个相对设置的端部元件12、14，这两个端部元件通过任何适当的方式与两个相对设置的轴16、18相连。端部元件12、14连接到挠性连接元件24的连接部分20、22上。在连接部分20、22的筒形内壁面28上设有轴向延伸的等间隔梯形棱或齿26，并可与端部元件12、14外表面32上与其互补的槽30相啮合。
挠性连接元件24通常还包括沿其内壁面28设置的耐磨织物罩25，并粘结在齿26的至少一部分上。
如图3和4所示，其中示出了本发明挠性轴连接装置40的一个实施例的透视图。该装置包括一个挠性连接元件42和两个相对设置的端部元件41、43，所述挠性连接元件包括大致为挠性的筒形体44，所述端部元件可通过任何适当的方式与相对设置的轴(未示出)相连。筒形体44包括环形部分46和至少两个位于环形部分46两侧的相对的筒端，从而分别形成与端部元件41、43相连接的连接部分48、50。筒形体44具有内壁面或表面52和外壁面或表面54。连接部分48、50包括多个轴向延伸的棱或齿56，它们沿筒形体44内壁面52的至少一部分进行设置。每个齿56具有横跨在内壁面52的一部分或弧上的周向宽度65。端部元件41、43具有沿其内壁面设置的轴向延伸的槽45，槽45可与连接部分48、50上的齿相啮合。
筒形体44还包括沿其内壁面52设置的耐磨织物罩58，并粘结在齿56的至少一部分上以增强耐磨性。筒形体的内壁面52还包括螺旋地绕在或贴在弹性表面上的增强线62。增强线62可由包括玻璃、芳族聚酰胺和尼龙在内的适当材料制成，且最好是由玻璃纤维制成。
每个齿56沿至少一部分筒形体内表面52延伸，而不必沿整个内表面延伸，并形成一个大致由其周向宽度和实际轴向长度所确定的区域。总的齿区域或累积的齿剪切区具有累积的齿剪切能力。环形部分46也具有实质上是扭转的剪切能力。本发明的特征在于累积的齿剪切能力超过了环形部分的扭转剪切能力。
术语“剪切能力”的含义是给定物体承受载荷(扭转或非扭转)、振动频率和振幅、温度以及时间综合作用的能力。该物体的最大剪切能力由破坏剪切应变或由于物体的两个或多个相邻部件或层的累积相对位移所导致的物体变形和破坏极限来表征，所述的累积相对位移由方向大致平行于这些层的接触平面的作用力产生。
出于多种原因，在此将轴向齿长称为“实际轴向齿长”。首先，齿的末端可有选择地且最好是制成圆形的或曲线形的，以便在连接部分的齿和刚性端部元件上与齿啮合的槽之间形成过渡区，从而适应该区域部件之间的弯曲和振动。其次，由于总的齿区域的剪切能力超过了环形部分的剪切能力，因此在一些情况下可发现，挠性连接元件的齿不必延伸到整个环形部分的长度范围上。也就是说，比环形部分剪切能力所增大的齿的剪切能力可设计和制造出适用的连接元件，在所述适用的连接元件中，连接部分的齿完全与刚性端部元件的槽啮合，而不必是在整个环形部分内表面长度上。当然，在这些情况下，齿长仍然必须足以承受所作用的载荷。
本发明的挠性连接元件包括其齿元件在内可由任何适当的挠性材料制成，最好是由弹性材料制成，弹性材料包括聚氯丁烯、天然橡胶、聚丁二烯、苯乙烯和丁二烯共聚物、异丁烯和异戊二烯共聚物、聚醚或聚酯型聚氨酯、丙烯酸类弹性材料和乙烯的氯磺化聚合物和共聚物的固化配料，或者其适当比例的混合物。在优选实施例中，挠性连接元件由聚氯丁烯化合物制成。用于本发明的任何这些弹性材料还可包括所有已知的其它可选择的配料，配料包括：添加剂、增强剂、固化剂、促进剂、操作助剂、增量油等，并以适当比例极限使用。例如，添加剂和增强剂包括但并不局限于碳黑、硅石、滑石粉和碳酸钙，且每一百重量的弹性材料(“phr”)可用的量大约是0-500或更多份，固化剂包括但并不局限于硫和自由基成形剂，其用量大约是0.01-10phr。
挠性元件可包括耐磨罩件58，耐磨罩件58可由任何适当的织物材料制成，这些材料包括尼龙、芳族聚酰胺、聚酯或其混合物，且最好是尼龙6.6。所述织物可以是任何适当的织物，包括成伸长或不伸长状态的平纹、斜纹或缎光织物。在优选实施例中，耐磨罩件是纬向伸长40％-100％的斜纹织物。织物的重量最好大约是25-500g/m2，更好大约是50-300g/m2，并最好是用与基本弹性化合物相容的橡胶基粘结材料或适当的间苯二酚甲醛胶乳基粘结剂(resorcinol formaldehyde latex-basedadhesive system)进行处理，从而产生大约为50-1000g/m2最好大约是100-700g/m2的最终处理织物。
挠性连接元件可有选择地包括拉伸件62或拉伸元件。这种拉伸元件可由任何适当的材料制成，例如：包括间芳族聚酰胺或对芳族聚酰胺在内的芳族聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维(如人造纤维)、碳纤维、丙烯酸系纤维、聚氨基甲酸酯纤维、棉纤维和玻璃纤维及其混合物，且最好是由玻璃纤维制成。这种拉伸元件的数目和直径根据连接装置的大小及其应用情况来确定。拉伸元件还可是任何普通的形式，但最好是抗变形线的形式。纤维可以以产生大约2-100股/英寸(0.8-39股/cm)结构的方式进行准备，最好是大约5-80股/英寸(2-32股/cm)，更好是大约8-56股/英寸(3-22股/cm)。
挠性元件可选择且最好是加载纤维的。如图4所示，通过在弹性套筒中添加纤维使大部分纤维60周向环绕在套筒周围并基本上沿着棱或齿56的外表轮廓，连接装置的负载能力或寿命和/或其扭转刚度就可显著地得到提高。这一特性例如可如图4所示。作为非限制性的例子，这种纤维可在橡胶压制过程中进行排列，当橡胶环通过压制设备进行处理时，至少大部分纤维以复合的方式存在有助于其自身的排列或沿橡胶的压制方向“流动”。因此，可适当地选择给定连接元件的适当压制方向，也就是使大多数纤维沿周向环绕在挠性连接元件周围排列的方向。
另外，纤维可排列在连接装置最大剪应力平面上。在一些情况下，添加的这些纤维可减少筒形体内表面对增强织物和/或增强线的需求。特别是在用于较低载荷例如工作载荷低于约5Nm的较小连接装置的情况下尤为如此，但可以预见的是这种优点也可延伸到用于高载荷情况下的较大装置中。
用于此目的的典型纤维是包括间芳族聚酰胺或对芳族聚酰胺在内的芳族聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维(如人造纤维)、碳纤维、丙烯酸系纤维、聚氨基甲酸酯纤维、棉纤维和玻璃纤维及其混合物。在优选实施例中，纤维是对芳族聚酰胺。纤维可以是任何适当的长度，且最好是在约0.1-10mm范围内，可有选择地捣碎以增大其表面面积。优选的纤维长度大约是0.2-7.5mm，最佳是大约0.5-3mm。纤维还可按照已知的技术进行其它处理以增强其粘着到弹性材料上的粘着性。在优选实施例中，纤维是机械锁定(fibulate)并与适当的间苯二酚甲醛胶乳材料和/或其它适当的与形成挠性连接元件的弹性化合物相容的粘结组织进行混合。这些组织和处理纤维的适当方法早以为人所知。在使用和所用加载材料的特定形式方面，加载的纤维可以是任何适当的水平，且根据所用的纤维类型最好大约是在每100份重量的弹性材料(“phr”)中有0-50份，或者更好大约是1-30phr，对于本发明实际优选的纤维类型来说，最好大约是1-10phr，更好大约是2-5phr。
作为加载纤维优点的一个非限制性的例子，进行比较测试以确定挠性连接元件在承受冲击时加载纤维对其使用寿命的影响。为进行测试，一组三个挠性连接元件(试样A、B和C)，每个都具有普通的梯形齿形(根据对应于DIN/IS06296的DIN7721)，且外径为60毫米，壳厚为7毫米，并由表1所示的弹性化合物制成，并在其内表面包括聚酰胺增强层和玻璃增强线。试样连接元件A、B和C的弹性材料还包括大约3phr的对芳族聚酰胺纤维，大部分纤维沿周向环绕在筒形体的周围。每个连接元件在每个连接部分处具有12个齿，每个齿的基本宽度为5毫米，高度大约是2.5mm。另一组三个基本类似的挠性连接元件(比较试样1、2和3)由基本类似的但未加载纤维的化合物制成。比较试样1、2和3还包括沿其内表面的增强轮胎线。所有的连接元件都进行DIN740所规定的扭振试验，在9Hz频率下峰值到峰值的总振幅为90-130Nm。表2给出了试验的结果和情况。
         表1挠性连接元件弹性化合物的组成试样A、B和C以及比较试样1、2和3
    材料     每一百橡胶所占的份数
    聚氯丁烯弹性材料     100
    一硫化四甲基秋兰姆     0.25
    二硫化二苯并噻唑     1.5
    沉淀型二氧化硅     10
    碳黑     54
    硬脂酸     2
    苯乙烯化的二苯胺     2
    N,N’-二芳基-对苯二胺     1
    固体石蜡     2
    氧化锌     5
    氧化镁     4
                                表2挠性连接元件冲击分析
  试样“A”   比较试样“1”   试样“B”  比较试样“2”   试样“C” 比较试样“3”
施加的试验载荷  128.0Nm  128.0Nm  117.5Nm  117.5Nm  95.4Nm  95.4Nm
破坏的时间(小时)  8.8  0.5  103.0  4.3  336.8  38.0
从表2所示的结果看，在该试验中，在相同的载荷下，加载纤维的连接元件试样A、B和C比比较连接元件1、2和3寿命大致延长了10-20倍。而且，在9级位移的情况下，加载纤维的连接元件的扭转刚度比没有加载纤维的连接元件平均增大约40％。通常，在相同的使用寿命且所有其它参数相同的情况下，本发明加载纤维的挠性连接元件的抗扭能力比没有加载纤维的连接元件增大约30％或更多。
本发明的挠性连接元件和连接装置可根据任何已知的标准适当方法进行制造。这些方法包括在此引用的US2859599所公开的方法。挠性连接元件还可按照已知的标准方法进行制造，其中，将适当的耐磨织物套设置在带齿的模中，将增强线有选择地螺旋环绕在织物上，将未硫化的弹性材料涂敷在织物的外表面，将模设置在适当的软外壳中，并施加足够的热量和压力使弹性材料通过载有织物的拉伸线而流入模槽中，硫化弹性材料，然后待如此完成的挠性连接元件冷却并从模中取出。
图1、2和5所示的普通梯形棱或齿形状的特征是：棱或齿26具有直的倾斜侧面31和大约40°的夹角。这种外形在三个方面限制了棱的力矩传递能力。首先，载荷从基本为刚性的端部元件的槽30传递到弹性连接部分的齿26的啮合部分，这样在与连接元件24的承载环25连接的弹性齿的根部产生应力集中。这样就在齿根产生过大的应变，从而沿着齿与筒形体的界面产生周向扩展的裂纹，并如上所述导致筒形体过早地破坏。
其次，普通齿形的倾斜侧面31形成可将所传递力的分量传递到径向的斜面。这种径向分量趋于使筒形体的直径扩大，因此增大了筒形体在使用时由于啮合作用所产生的滑动倾向。
再者，端部元件的齿宽与连接部分互补齿宽度的比值与各个元件通常所用材料的相对强度和弯曲刚度不成比例。在梯形横截面型的连接组件中，通常由金属制成的非常刚硬的端部齿一般要比不硬的弹性挠性连接元件齿宽得多。这样随着时间的推移，特别是在高温和低温极限情况下，相对于较高强度的环形部分而言，端部元件齿过大的质量和强度使较小和较弱的弹性齿过早地疲劳损耗。
图3、4和6所示的本发明实施例包括大致呈曲线形状或轮廓57的齿56。将齿形轮廓从普通的梯形齿改变成这种曲线形状就可能显著地增大力矩传递能力，也就是这种连接元件的承载能力，其中，齿截面轮廓由一系列的连接弧59和切线61构成。在图示的优选实施例中，大多数连接部分内圆周表面的形状是凸形的，并与基本上呈凹形的端部元件齿形相啮合。
本发明优选的曲线齿形与适当结构的端部元件齿形最好基本上呈相同的正负形状，从而保证了在整个啮合压力面上应力分布比现有技术要均匀。这可显著地减小筒形体齿根处的局部应变，并使所用的材料得到有效地利用。另外，圆形齿径向走向极大地减小了径向向外的载荷分量，减小了连接元件啮合的趋向，因此减小了连接装置的滑移。
在本发明的优选实施例中，给定挠性连接元件连接部分的槽的总宽度63与齿的总宽度65的比值约小于0.65∶1，最好是约为0.50∶1-0.10∶1，更好是约为0.45∶1-0.15∶1。这个比值后面将称为“槽/齿比”。如图6所示，与挠性元件齿56相互交替的挠性元件槽63的宽度是从槽半径变为切线61的点测量到齿半径。
为显示出本发明挠性连接装置与现有技术相比提高了使用寿命，对本发明挠性连接装置试样和现有技术试样进行负载能力测试。测试的结果表述在表3中，其中，由本发明实施例试样所获得的数据在表列中标明“试样连接装置”，而由表征现有技术的比较试样获得的数据在表列中标明“比较试样连接装置”。按照德国工业标准(“DIN”)740，负载能力测试测量抵抗峰值力矩(Nm)作用的破坏周期内的使用寿命。四个挠性连接元件(“试样连接装置”)大致如图3所示，其外径为65毫米，壳厚6毫米，其中，筒形体包括环形部分和连接部分，齿由植入螺旋绕制的玻璃纤维线的聚氯丁烯硫化橡胶制成。这些试样的弹性材料配方基本上与前述表1中的试样相同，但还包括大约3phr的对芳族聚酰胺纤维，且大部分纤维沿周向环绕在弹性筒形体周围。每个筒形体的内表面覆盖有耐磨尼龙织物。每个连接元件包括如上所述的曲线齿形，其中，槽/齿比约为0.406。每个连接部分包括18个齿，每个齿的基本宽度约为5毫米，高度约为3毫米。四个比较挠性连接元件(“比较试样连接装置”)的外径约为60毫米，壳厚约为7毫米，并由与上述四个试样基本上相同的材料制成。比较试样具有如上所述(也就是按照与DIN/IS05296(英制节距)相对应的DIN7721(公制)标准)且在图1中示出的普通梯形齿，且槽/齿比约为0.65。每个比较连接部分包括12个齿，每个齿的基本宽度约为5毫米，高度约为2.5毫米。在扭转脉动载荷试验机上进行试验，且在9Hz频率下峰值到峰值力矩的振荡范围约为90-130Nm。
                 表3
     抵抗峰值力矩Nm作用下的破坏周期内的寿命
    寿命周期 比较试样连接装置的峰值力矩Nm 试样连接装置的峰值力矩Nm
    1     120     300
    102     84     180
    104     55     120
    106     38     80
从表3中的数据看，显然，在整个振荡力矩范围内的测试情况表明本发明挠性连接元件的寿命比现有技术的比较试样有显著的提高。在80-84Nm范围内，本发明挠性连接元件的寿命周期数量级为106，而现有技术连接元件的寿命周期仅有102。比较120Nm下的寿命周期，本发明与现有技术之间的寿命增量相当惊人。而且，在所有情况下，本发明挠性连接元件的破坏是由筒形体的剪切破坏造成的，而不是棱的剪切破坏，尽管这是梯形棱元件特有的破坏模式。
对于表2所描述的测试结果而言，其表明了在具有普通梯形齿形的挠性连接元件中加载纤维的好处，当加载纤维的挠性连接元件具有曲线齿形时，也就是基本上与表3所描述的试样连接装置相同时，在其与加载纤维的梯形齿挠性连接元件(也就是试样A、B和C)作类似的比较时，可以发现其具有更为显著的优点。例如，在128.0Nm载荷下进行测试时，曲线齿形的纤维加载挠性连接元件可工作1050小时，而类似的纤维加载梯形齿试样A则只有8.8小时。而且，在170Nm载荷作用下，本发明曲线齿形的纤维加载挠性连接元件可工作25小时。
由于累积齿区域的剪切能力超过了本发明挠性累积元件环形部分的剪切能力，因此，本发明可包括位于弹性筒形体的外部的力矩水平指示装置，以显示元件的当前状态和预报连接组件所剩的使用寿命。由于本发明挠性连接元件的破坏模式通常不再象现有技术结构那样是由于齿的剪切破坏，而是筒形体的扭曲和最终完全断裂，指示装置可在筒形体的外表面上使用，以便于显示在任何给定的时刻传递到连接装置的力矩大小。无需停止工作、无需与驱动装置脱开去观测连接元件，就可确定连接元件所剩的使用寿命量。
适当的指示装置可包括位于筒形体表面的任何形式的图案或图线，它们既可用仪器去测量也可用肉眼去观察，指示装置可显示连接元件从停止状态工作经过传递力矩变化的预期的和可再现的变化或特性。
在图7所示的优选实施例中，这种指示装置包括设置在弹性筒形体外表面54或圆周面上的图线，它是利用在力矩发生变化的情况下弹性筒形体外表面发生扭曲来进行设计的。在预定力矩情况下，图线元素按照表面扭曲情况进行排列，这样就形成一种清楚的、可识别的力矩水平可视指示器。在连接装置工作时，可看到图线，并借助于频闪仪或其它适当仪器来稳定住转动筒形体上的图线影像。图7示出了一种典型的适当图线，其中，在弹性筒形体外表面54上形成一系列的复合曲线73。每条曲线是由直线逐渐变化而成，反映了随着传递力矩的增大弹性筒形体表面扭曲增大。图8显示的是与图7相同的挠性连接元件，但图8是挠性元件处于承受扭转载荷的情况下，而图7是处于停止工作的情况，也就是不承受载荷的情况。因此，在给定时刻挠性元件所承受的扭转载荷由该特定时刻的图线图形反映出来。
用于图7和8所示实施例的曲线图线在每个特定的力矩水平作用下，相应的曲线转变为直线。由于在任何给定力矩水平作用下，仅有一条线是直线，因此就很容易进行识别和推断相应的工作力矩水平。而且，图线可指示出安全工作、过载和过早破坏三种状态。这些状态还可通过使用颜色标记来突出强调。作为一个非限制性的例子，直线图形中的红线可表示过载状态，绿线表示安全工作状态。
外部图形元素还可指示弹性筒形体的逐渐损坏。由于发生在内部的破坏也就是发生在筒形体齿区域的破坏不包括在外部筒形体元件的破坏内，因此，这种指示装置是不实用的。在此情况下，当弹性筒形体结构在使用过程中损坏时，表面扭曲增大，从而使表度图线发生变化。这种变化可用于在很短的时间内作出更换给定连接元件的计划，并因此而降低或减小了非计划范围内的停产。
指示装置可以是任何适当的类型或形式，可以预见其可装入上面未提到的结构，包括指示力矩大小的数字或其它符号和/或在达到相应的力矩水平时就越发变得可识别的警示信息。而且，指示装置可以多种方式装在筒形体元件的表面，例如包括上面所提到的方式，在制造过程中直接铸在筒形体上，在浇铸完成后印在筒形体上或者将预印制或预浇铸的元件固定到筒形体表面。
由于本发明挠性轴连接装置这种特有的结构，因此，所形成的挠性连接元件累积的齿剪切区的剪切能力超过了环形部分的剪切能力，因而与现有技术的结构相比，呈现出较高的扭转刚度和承载能力且使用寿命长。这种特点还使其包括上述扭转载荷指示装置以确定连接装置当前的性能并预测其将来的性能成为可能。在优选实施例中，以上述方式制成连接装置弹性部分的弹性材料加载的纤维还可提高本发明连接装置的性能。本发明实施例所特有的曲线齿形和槽/齿比还将连接装置的性能提高到一个意想不到的程度。
尽管出于解释的目的详细描述了本发明，但这种详细的描述仅仅是出于解释的目的，在不脱离本发明宗旨或权利要求书所限定范围的情况下，本领域技术人员可作出各种不同的变型。本发明还可在缺少在此未特意描述的任何元件的情况下适当地进行使用。

Claims (13)

1．一种挠性轴连接装置的挠性元件，其大致呈筒形体，并由弹性材料制成，所述筒形体包括至少两个相对的筒端部分、一个环形部分、一个内周面和一个外周面；所述两个筒端部分分别确定了连接部分，所述环形部分位于所述连接部分之间，每个所述连接部分包括多个沿所述内周面的至少一部分设置的轴向延伸的齿，每个所述连接部分的每个所述齿具有跨在一部分所述内周面上的周向宽度，其特征在于：
所述环形部分具有扭转剪切能力；
每个所述连接部分的每个所述齿具有与每个所述周向宽度一起确定齿剪切区的实际轴向长度，其中，所述齿剪切区的总和确定了总的齿剪切区，所述总的齿剪切区具有总的齿剪切能力；
所述总的齿剪切能力超过了所述环形部分的扭转剪切能力。
2．根据权利要求1所述的挠性元件，其特征在于：至少一个所述齿具有曲线横截面形状。
3．根据权利要求1所述的挠性元件，其特征在于：所述齿与多个槽交替排列，每个所述槽具有跨在筒形体内周面的一部分圆周面上的宽度，所述槽宽度的总和与所述齿宽度的总和之比小于0.65∶1。
4．根据权利要求3所述的挠性元件，其特征在于：所述槽宽度的总和与所述齿宽度的总和之比为0.50∶1-0.10∶1。
5．根据权利要求3所述的挠性元件，其特征在于：所述槽宽度的总和与所述齿宽度的总和之比为0.45∶1-0.15∶1。
6．根据权利要求1所述的挠性元件，其特征在于：还包括织物增强件，该增强件粘结在所述筒形体内周面的至少一部分上。
7．根据权利要求1所述的挠性元件，其特征在于：所述弹性材料还包括大约1-30phr的纤维。
8．根据权利要求7所述的挠性元件，其特征在于：至少一部分所述纤维大致周向环绕在所述筒形体上。
9．根据权利要求1所述的挠性元件，其特征在于：还包括位于所述筒形体的所述外周面上的至少一个力矩水平指示装置。
10．根据权利要求8所述的挠性元件，其特征在于：所述力矩水平指示装置是以图线元素的形式出现的，在所述筒形体停止工作时，所述图线元素在所述筒形体的外周面上形成第一图案，在所述筒形体表面扭曲时，所述图线元素在所述筒形体的外周面上形成第二图案。
11．一种挠性轴连接装置，包括一个挠性元件和至少两个基本上为刚性的端部元件，所述端部元件与所述挠性元件相连；所述挠性元件大致呈筒形体，并由弹性材料制成，所述筒形体包括至少两个相对的筒端部分、一个环形部分、一个内周面和一个外周面；所述两个筒端部分分别确定了连接部分，所述环形部分位于所述连接部分之间，每个所述连接部分包括多个沿所述内周面的至少一部分设置的轴向延伸的齿，每个所述连接部分的每个所述齿具有跨在一部分所述内周面上的周向宽度，其特征在于：
所述环形部分具有扭转剪切能力；
每个所述连接部分的每个所述齿具有与每个所述周向宽度一起确定齿剪切区的实际轴向长度，其中，所述齿剪切区的总和确定了总的齿剪切区，所述总的齿剪切区具有总的齿剪切能力；
所述总的齿剪切能力超过了所述环形部分的扭转剪切能力。
12．根据权利要求11所述的连接装置，其特征在于：所述基本上为刚性的端部元件包括一系列轴向延伸的槽，该槽与所述连接部分的所述齿相对应，以便使端部元件与连接部分相啮合。
13．一种制造挠性元件和挠性轴连接装置的方法，包括以下步骤：
(a)选择一个模，所述模具有一个内周面和沿至少一部分所述内周面相互交替轴向延伸的齿和齿槽部分，其中，所述齿和齿槽部分具有曲线横截面形状；
(b)将织物套置于所述模中；
(c)将未硫化的弹性材料涂敷到织物的外表面；
(d)将所述模置于软外壳中；
(e)对所述软外壳加热和加压，以使弹性材料通过载有织物的拉伸线而进入模齿中；
(f)硫化弹性材料以形成所述挠性连接元件；
(g)使挠性连接元件冷却；以及
(h)将挠性连接元件从模中取出。
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