准零刚度弹性联轴器的制作方法

本发明涉及轴系扭转减振机构，特别是涉及一种准零刚度弹性联轴器。

背景技术

扭转振动现象普遍存在于汽车、舰船、航空航天等领域，基本上所有的轴系都有扭转振动的问题。扭转振动会引起齿轮磨损、轴断裂，进而影响机械设备的正常工作。剧烈的扭转振动也会带来噪声问题，特别是飞机、舰船上的发动机，由于扭转振动引起的强噪音会严重影响隐身效果。对于精密工程领域，如航天器系统，扭转振动会影响精密仪器的使用精密。

为了消除或减弱轴系的扭转振动，弹性联轴器被广泛应用。弹性联轴器，例如橡胶联轴器，连接于主动轴和从动轴之间，将主动轴的驱动力矩传递到从动轴上，并且还起到隔离扭转振动的作用。但是，传递大的驱动转矩，要求弹性联轴器具有高刚度，而隔离扭转振动则需要弹性联轴器具有低刚度。准零刚度弹性联轴器同时具有能够传递大驱动力矩和较好的隔离扭转振动性能。

但是，现有的准零刚度弹性联轴器结构较为复杂，零部件较多，加工及组装过程复杂。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术中的准零刚度弹性联轴器结构较为复杂，零部件较多，加工及组装过程复杂的问题，提供一种简化结构、减少零部件、简化加工及组装过程的准零刚度弹性联轴器。

准零刚度弹性联轴器，包括：

第一连轴件，呈环形；

第二连轴件，位于所述第一连轴件内，且与所述第一连轴件同轴设置；

至少两个正刚度弹性片，每个所述正刚度弹性片的一端固定连接于所述第一连轴件，另一端固定连接于所述第二连轴件；

至少两个刚度调节弹性片，每个所述刚度调节弹性片的一端绕平行于所述第二连轴件轴线的第一轴线可转动地连接于所述第一连轴件，另一端绕平行于所述第二连轴件轴线的第二轴线可转动地连接于所述第二连轴件；

所述第一轴线和所述第二轴线形成的中心平面，相对所述第二轴线和所述第二连轴件的轴线形成的径向平面呈预设角度，以当所述第二连轴件相对所述第一连轴件向预设方向旋转过程中，所述第一连轴件及所述第二连轴件分别对所述刚度调节弹性片施加压应力，使得所述刚度调节弹性片可摆动至静平衡位置；当所述刚度调节弹性片处于所述静平衡位置时，所述中心平面与所述径向平面共面。

上述准零刚度弹性联轴器，在使用过程中，当第一连轴件与第二连轴件达到静平衡状态时，正刚度弹性片由于发生弹性变形而提供维持第一连轴件与第二连轴件同步转动的转矩。因此，正刚度弹性片的扭转刚度为正刚度，起到承受额定转矩的作用。同时，刚度调节弹性片摆动至静平衡位置，即上述中心平面与径向平面共面。当发生扭转振动时，第一连轴件与第二连轴件发生微小的相对运动，刚度调节弹性片随之发生偏移静平衡位置的微小摆动，而产生推动第一连轴件与第二连轴件发生相对运动的转矩。因此，在静平衡位置和该静平衡位置附近，刚度调节弹性片的扭转刚度为负刚度。由于，正刚度弹性片的正刚度与刚度调节弹性片的负刚度并联，使得在静平衡位置联轴器呈现零扭转刚度，且在静平衡位置附近联轴器呈现小刚度。因此，联轴器具有高静刚度、低静刚度的特征，可实现承受大额定转矩和隔离低频扭转振动的功能。

如此，准零刚度弹性联轴器具有低动态刚度、高静态刚度的特性，可实现轴系超低频扭转振动的隔离，且可传递较大驱动转矩。同时，与现有技术相比，上述准零刚度弹性联轴器结构简单、零部件较少，加工及组装过程简单。

在一个实施例中，每一个所述正刚度弹性片均具有折弯部，且各个所述正刚度弹性片的所述折弯部向同一侧凸出。如此，增大了正刚度弹性片的弹性变形量，有利于增强隔振效果。

在一个实施例中，所述正刚度弹性片呈“几”字形。

在一个实施例中，所述刚度调节弹性片包括第一连接部、相对于所述第一连接部的第二连接部及连接于所述第一连接部与所述第二连接部之间的弹性部，所述第一连接部绕所述第一轴线可转动地连接于所述第一连轴件，所述第二连接部绕所述第二轴线可转动地连接于所述第二连轴件。

在一个实施例中，所述弹性部包括两个弹性片，每个所述弹性片的相对两端分别固定连接于所述第一连接部和所述第二连接部，且两个所述弹性片向彼此远离的方向弯曲。如此，两个弹性片在弹性变形时相互不干涉，变形同步，弹性回复力易于控制，不易损坏，使用寿命长。

在一个实施例中，所述第一连轴件的内壁成形有沿所述第二连轴件的轴线方向延伸的第一凹槽；所述第一连接部远离所述第二连接部的一端绕所述第一凹槽的轴线可转动地嵌设于所述第一凹槽内；

所述第二连轴件的周向侧壁成形有沿所述第二连轴件的轴线方向延伸的第二凹槽；所述第二连接部远离所述第一连接部的一端绕所述第二凹槽的轴线可转动地嵌设于所述第二凹槽内。如此，实现了刚度调节弹性片与第一连轴件及第二连轴件的可转动连接，使得在实际使用过程中刚度调节弹性片能够摆动，从而在静平衡位置和静平衡位置附近具有负扭转刚度，进而与正刚度弹性片的正扭转刚度并联，以对联轴器的整体刚度进行调节，确保在静平衡状态时，联轴器呈现零扭转刚度，且在平衡位置附近联轴器呈现小刚度。因此，联轴器具有高静刚度、低动刚度特征，可实现轴系超低频扭转振动的隔离。

在一个实施例中，所述第一凹槽的横截面呈具有第一开口的圆形；所述第一连接部的一端具有沿所述第二连轴件的轴线方向延伸的第一圆柱部，所述第一圆柱部嵌设于所述第一凹槽内，所述第一连接部的另一端由所述第一开口伸出并与所述弹性部连接。

在一个实施例中，所述第二凹槽的横截面呈具有第二开口的圆形；所述第二连接部的一端具有沿所述第二连轴件的轴线方向延伸的第二圆柱部，所述第二圆柱部嵌设于所述第二凹槽内，所述第二连接部的另一端由所述第二开口伸出并与所述弹性部连接。如此，在装配刚度调节弹性片时，只需将第一圆柱部对准第一凹槽的一端，将第二圆柱部对准第二凹槽的对应的一端，然后同步插入，即完成了刚度调节弹性片的装配，装配过程简单易操作，不需要借助装配工具。

在一个实施例中，所述正刚度弹性片与所述刚度调节弹性片沿所述第二连轴件的周向交替且等间隔排布。如此，使得正刚度弹性片和刚度调节弹性片对第一连轴件和第二连轴件施加的力在径向方向上达到力平衡，防止因径向受力不均而导致第一连轴件与第二连轴件的中心轴线偏离。

在一个实施例中，所述第一连轴件、所述第二连轴件及所述正刚度弹性片采用3d打印一体成型。如此，加工制造简单。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的准零刚度弹性联轴器的主视图；

图2为图1所示的准零刚度弹性联轴器的立体结构示意图；

图3为图1所示的准零刚度弹性联轴器的刚度调节弹性片的立体结构示意图；

图4为图1所示的准零刚度弹性联轴器的拆除了刚度调节弹性片的立体结构示意图；

图5为图1所示的准零刚度弹性联轴器的转角-转矩曲线图；

图6为图1所示的准零刚度弹性联轴器的扭转刚度曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为本发明一实施方式中的准零刚度弹性联轴器的主视图。图2为图1所示的准零刚度弹性联轴器的立体结构示意图。

请参见图1及图2，本发明的一实施例中的准零刚度弹性联轴器，包括第一连轴件10、第二连轴件20、至少两个正刚度弹性片30及至少两个刚度调节弹性片40。

第一连轴件10呈环形。第二连轴件20位于该第一连轴件10内，且与第一连轴件10同轴设置。

每个正刚度弹性片30一端固定连接于第一连轴件10，另一端固定连接于第二连轴件20。如此，当第一连轴件10与第二连轴件20相对旋转时，正刚度弹性片30对第一连轴件10及第二连轴件20分别施加阻滞第一连轴件10及第二连轴件20发生相对旋转的阻滞力。

每个刚度调节弹性片40的一端绕平行于第二连轴件轴线的第一轴线可转动地连接于第一连轴件10，另一端绕平行于第二连轴件轴线的第二轴线可转动地连接于第二连轴件20。

第一轴线和第二轴线形成的中心平面，相对第二轴线和第二连轴件20的轴线形成的径向平面呈预设角度，以当第二连轴件10相对第一连轴件20向预设方向旋转过程中，第一连轴件10及第二连轴件20分别对刚度调节弹性片40施加压应力，使得刚度调节弹性片40可摆动至静平衡位置。当刚度调节弹性片40处于静平衡位置时，中心平面与径向平面共面。此时，刚度调节弹性片40对第一连轴件10及第二连接件20施加的力均沿第一连轴件10和第二连轴件20的径向。

在实际使用过程中，第一连轴件10连接于从动轴，并与从动轴同步旋转。第二连轴件20连接于主动轴，并与主动轴同步旋转。

当第二连轴件20在主动轴的带动下绕轴线向预设方向(即图1中的逆时针方向)旋转，正刚度弹性片30及刚度调节弹性片40均提供使第一连轴件10跟随第二连轴件20转动的转矩(即阻滞第一连轴件10与第二连轴件20发生相对运动)。此时正刚度弹性片30及刚度调节弹性片40的扭转刚度均为正刚度。

当第一连轴件10与第二连轴件20达到静平衡状态(即第一连轴件10与第二连轴件20转速相同)时，正刚度弹性片30由于发生弹性变形而提供维持第一连轴件10与第二连轴件20同步转动的转矩，起到传动转矩的作用。因此，正刚度弹性片30的扭转刚度依然为正刚度，起到承受额定转矩的作用。

同时，刚度调节弹性片40摆动至静平衡位置，即上述中心平面与径向平面共面。当发生扭转振动时，第一连轴件10与第二连轴件20发生微小的相对转动，刚度调节弹性片40随之产生偏离静平衡位置的微小摆动，而产生推动第一连轴件10与第二连轴件20发生相对转动的转矩，因此，在静平衡位置及该静平衡位置附近，刚度调节弹性片40的扭转刚度为负刚度。由于，正刚度弹性片30的正刚度与刚度调节弹性片40的负刚度并联，使得在静平衡位置联轴器呈现零扭转刚度，且在平衡位置附近联轴器呈现小扭转刚度。因此，联轴器具有高静刚度、低动刚度特征，可实现承受大额定转矩和隔离低频扭转振动的功能。同时，与现有技术相比，上述准零刚度弹性联轴器结构简单、零部件较少，加工及组装过程简单。

可以理解的是，第一连轴件10也可以连接于主动轴，并与主动轴同步旋转。第二连轴件20则连接于从动轴，并与从动轴同步旋转。准零刚度弹性联轴器与主动轴和从动轴的该种安装方式，在实际应用时的情况与上述的类似，因此在此不再赘述。

请继续参见图1及图2，本发明的实施例中，每一个正刚度弹性片30均具有折弯部，且各个正刚度弹性片30的折弯部向同一侧凸出。如此，增大了正刚度弹性片30的弹性变形量，有利于增强隔振效果及传动更大的转矩。

具体到实施例中，正刚度弹性片30呈“几”字形。

具体到图1所示的实施例中，各个正刚度弹性片30的折弯部均向逆时针方向凸出。

需要说明的是，折弯部的垂直于第一连轴件的轴线的横截面可以是矩形，也可以是弧形或其它形状，只要能够增大正刚度弹性片30的弹性变形量，进而增强隔振效果即可。

请一并参见图3，本发明的实施例中，刚度调节弹性片40包括第一连接部42、相对于第一连接部42的第二连接部44及连接于第一连接部42与第二连接部44之间的弹性部46。第一连接部42绕第一轴线可转动地连接于第一连轴件10，第二连接部44绕第二轴线可转动地连接于第二连轴件20。

一些实施例中，弹性部46包括两个弹性片461，每个弹性片461相对两端分别固定连接于第一连接部42和第二连接部44，且两个弹性片461向彼此远离的方向弯曲，使得当刚度调节弹性片40因两端受力而被压缩时，两个弹性片向彼此远离的方向发生弹性变形而弯曲。如此，两个弹性片461在弹性变形时相互不干涉，变形同步，弹性回复力易于控制，不易损坏，使用寿命长。可选地，两个弹性片461的中部向彼此远离的方向弯曲。

具体到实施中，刚度调节弹性片40可以采用3d打印一体成型。在其它实施例中，刚度调节弹性片40也可采用机械切削、铸造等工艺一体成型。

请一并参见图4，一些实施例中，第一连轴件10的内壁成形有沿第二连轴件20的轴线方向延伸的第一凹槽12。第一连接部42远离第二连接部44的一端绕第一凹槽12的轴线可转动地嵌设于第一凹槽12内。

第二连轴件20的周向侧壁成形有沿第二连轴件20的轴线方向延伸的第二凹槽22。第二连接部44远离第一连接部42的一端绕第二凹槽22的轴线可转动地嵌设于第二凹槽22内。

如此，实现了刚度调节弹性片40与第一连轴件10及第二连轴件20的可转动连接，使得在实际应用过程中刚度调节弹性片40能够摆动，从而在静平衡位置及静平衡位置附近具有负扭转刚度，进而与正刚度弹性片30的正扭转刚度并联，以对联轴器的整体刚度进行调节，确保在静平衡状态时，联轴器呈现零扭转刚度，且在平衡位置附近联轴器呈现小扭转刚度。因此，联轴器具有高静刚度、低动刚度特征，可实现轴系超低频扭转振动的隔离。

具体到实施例中，第一凹槽12的横截面呈具有第一开口的圆形。第一连接部42的一端具有沿第二连轴件20的轴线方向延伸的第一圆柱部422(见图3)，第一圆柱部422嵌设于第一凹槽12内。第一连接部42的另一端由第一开口伸出并与弹性部46连接。

第二凹槽22的横截面呈具有第二开口的圆形。第二连接部44的一端具有沿第二连轴件20的轴线方向延伸的第二圆柱部442(见图3)。第二圆柱部442嵌设于第二凹槽22内，第二连接部44的另一端由第二开口伸出并与弹性部46连接。如此，在装配刚度调节弹性片40时，只需将第一圆柱部422对准第一凹槽12，将第二圆柱部442对准第二凹槽22的一端，然后同步插入，即完成了刚度调节弹性片40的装配，装配过程简单易操作，不需要借助装配工具。

本发明的实施例中，正刚度弹性片30与刚度调节弹性片40沿第二连轴件20的周向交替且等间隔排布。如此，使得正刚度弹性片30和刚度调节弹性片40对第一连轴件10和第二连轴件20施加的力在径向方向上达到力平衡，防止因径向受力不均而导致第一连轴件10与第二连轴件20的中心轴线偏离。

具体到图1所示的实施例中，正刚度弹性片30包括三个，刚度调节弹性片40包括三个，正刚度弹性片30与刚度调节弹性片40沿第二连轴件20的周向交替且等间隔排布。

可以理解的是，正刚度弹性片30和刚度调节弹性片40的数目根据联轴器需要承受的转矩的大小来确定。若需要承受的转矩大，则需设置较多的正刚度弹性片30和刚度调节弹性片40。若需要承受的转矩小，则可设置较少的正刚度弹性片30和刚度调节弹性片40。

本发明的实施例中，第一连轴件10、第二连轴件20及正刚度弹性片30一体成型。进一步减少准零刚度弹性联轴器的零部件，简化加工及组装过程。

具体到实施例中，第一连轴件10、第二连轴件20及正刚度弹性片30采用3d打印一体成型。如此，加工制造简单。在其它实施例中，第一连轴件10、第二连轴件20及正刚度弹性片30也可采用机械切削、铸造等工艺制备。

本发明的实施例中，第一连轴件10、第二连轴件20、正刚度弹性片30及刚度调节弹性片40的材质可以相同也可以不同，均可以为金属也可以为非金属。在此不作限定。可选地，第一连轴件10、第二连轴件20、正刚度弹性片30及刚度调节弹性片40的材质可采用高疲劳强度合金钢。

请继续参见图2，本发明的实施例中，准零刚度弹性联轴器还包括固定连接于第一连轴件10的轴安装件50，轴安装件50用于固定安装主动轴或从动轴，使得第一连轴件10与主动轴或从动轴同步转动。如此，方便第一连轴件10与主动轴或从动轴的固定安装。

一些实施例中，轴安装件50通过螺纹紧固件锁紧固定于第一连轴件10的一侧，且与所述第一连轴件10同轴设置。

具体到实施例中，轴安装件50呈圆盘状，螺纹紧固件包括多个，且沿轴安装件50的周向等间隔排布。

可选地，螺纹紧固件可为螺栓和螺母，还可以是螺钉。

请参见图5，图5为本发明的准零刚度弹性联轴器的转角-转矩曲线图，其中横坐标为第一连轴件10与第二连轴件20相对转动的角度，单位为“rad”；纵坐标为准零刚度弹性联轴器所承受的转矩，单位为“n·mm”。从图5中可以看出，第一连轴件10与第二连轴件20相对转动角度为0.2rad时准零刚度弹性联轴器达到静平衡状态，并且在静平衡状态附近的曲线非常平坦，即准零刚度弹性联轴器所承受的转矩变化量小，转矩传递稳定，为典型的高静刚度、低动刚度特性。表明了，本发明的准零刚度弹性联轴器同时具有能够传递大驱动力矩和良好的隔离扭转振动性能。

请参见图6，图6为本发明的准零刚度弹性联轴器的扭转刚度曲线图。其中横坐标为第一连轴件10与第二连轴件20相对转动的角度，单位为“rad”；纵坐标为准零刚度弹性联轴器的扭转刚度，单位为“n·mm/rad”。可以看出，在第一连轴件10与第二连轴件20相对转动角度为0.2rad时准零刚度弹性联轴器达到静平衡状态，此时，准零刚度弹性联轴器的整体刚度为零；在静平衡状态附近曲线较为平坦，整体刚度也较低；也表明了，本发明的准零刚度弹性联轴器同时具有能够传递大驱动力矩和良好的隔离扭转振动性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。