专利名称：单齿、双齿形大角度挠性叠片联轴节的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是单齿、双齿形大角度挠性叠片联轴节
背景技术：
自1947年英国一家公司发明了挠性叠片联轴节后，经过50多年在世界范围内有了很大的发展和广泛的应用，现在世界上工业发达国家，如英、美、法、德、日等都得到了广泛的应用和产品出口，而且在设计技术上和制造技术上有了很大的发展和改进，在航空、船舶等领域都有非常广泛的应用。目前的这种挠性叠片联轴节不但能起很好的联接作用，而且在轴向，角向和径向有很好的补偿作用。还有很好的动力特性，吸收振动，不需要润滑，构造简单、成本低。但是，目前的这种挠性叠片联轴节的设计技术比较复杂，牵涉到组合层板，非线性大变形，微动磨损，稳定性等问题。它的设计一直是困扰的难题，最大的弱点是角度补偿不能大，只能1°左右，孔数多还更小，在很大程度上限制了它的发展和应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，研制成一种补偿角度大，且基本上不随孔数而变化的，稳定性好的，使用寿命长的单齿、双齿形大角度挠性叠片联轴节(本文献以下简称叠片)。
实现上述目的的技术解决方案是在现有4孔、6孔、8孔、10孔12孔的几何结构形式的基础上，拓扑与现有技术相对应的4孔、6孔、8孔、10孔、12孔的几何结构形式，下面分别叙述本挠性叠片联轴节的几何结构有三种基本类型(1)叠片中心有一个轴中心内孔圆，其圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆，分别与2n个螺栓孔圆同圆心有2n个同半径的大于螺栓孔圆的叠片外圆圆弧，圆心分别在相邻两个螺栓孔圆之间的2n条角平分线上各有一个同半径的单齿凹圆圆弧，叠片外圆圆弧与单齿凹圆圆弧之间由外公切直线相切，从而构成2n个孔的具有单齿凹圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节。上述2n中的n＝2、3、4、5、6，与现有技术相比，本联轴节的特点是，叠片轴中心到单齿凹圆圆弧圆心的距离小于叠片轴中心到螺栓孔圆圆心的距离+叠片外圆半径。
(2)叠片中心有一个轴中心内孔圆，其圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆，分别与2n个螺栓孔圆同圆心的大于螺栓孔圆的2n个同半径的叠片外圆圆弧，与叠片轴中心内孔圆同圆心分别在相邻两个螺栓孔圆之间的2n条角平分线上各有一个同半径的单齿内圆圆弧，叠片外圆圆弧与单齿内圆圆弧之间由外公切圆相切。从而构成2n个孔的具有单齿内圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节，上述2n中的n＝2、3、4、5、6。与现有技术相比，本叠片联轴节的特点是，叠片轴中心到单齿内圆圆弧圆心的距离小于叠片轴中心到螺栓孔圆圆心的距离+叠片外圆半径。
(3)其圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆，以轴中心为圆心，有2n个轴中心内孔圆圆弧和与此相应的有2n个同半径的叠片外圆圆弧段，其圆心分别在相邻两个螺栓孔圆之间的2n条角平分线上各有一个同半径的双齿内齿圆弧，和与此相对应的同半径的大于双齿内齿圆弧的双齿外齿圆弧，分别与2n个双齿内齿圆弧相切的平行于相邻两个螺栓孔圆之间的角平分线的直线分别连于相应的轴中心内孔圆圆弧，同样，分别与2n个双齿外齿圆弧相切的平行于相邻两个螺栓孔圆之间的角平分线的直线分别连于相应的叠片外圆圆弧段，从而构成2n个孔双齿形大角度挠性叠片联轴节。上述2n中的n＝2、3、4、5、6。与现有技术相比，本联轴节的特点是叠片轴中心到双齿外齿圆弧圆心的距离小于叠片外圆圆弧半径。
本发明的工作原理是大变形几何非线性切线刚度阵，即[K]T＝[K]0+[K]6+[K]L[K]T-切线刚度矩阵[K]0-线性刚度矩阵[K]6-预应力引起的刚度矩阵变化[K]L-由于大变形引起的刚度矩阵的变化。
叠片各点在一般情况下，刚度数值是不相同的。刚度是挠性叠片联轴节的最重要的参数，它决定了叠片联轴节各点的应力数值变化，其一是，刚度值在叠片各点处的分布是很不均匀的，应力的集中非常严重。因此如何使刚度值分布均匀或减少应力集中现象是非常重要的研究课题；其二是，稳定性也是影响联轴节性能的重要因素，稳定性不高将严重破坏联轴节工作的可靠性。因此提高联轴节抗失稳能力也是非常重要的。稳定性就是|[K]T切线刚度矩阵的行列式值＝0来度量的。如何提高|[K]T|的行列式值以提高其抗失稳能力也是非常重要的研究课题。
本发明的基本出发点就是依据上述问题，对现有技术各种结构形式的联轴节进行了详细的理论分析和计算，发现了现有技术的不足，在现有技术的几何结构形式基础上进行了几何结构形式拓朴，从而达到了减少挠性叠片联轴节的应力集中和提高抗失稳能力的目的。补偿角度可达3°-4°，而且基本上不随孔数变化，8孔、10孔、12孔的补偿角度仍可达到3°。
图1，具有单齿凹圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节平面结构示意图。其中图(a)、图(b)、图(c)、图(d)、图(e)分别为4孔、6孔、8孔、10孔、12孔的挠性叠片联轴节。
图2，具有单齿内圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节平面结构示意图。其中图(f)、图(g)、图(h)、图(i)、图(j)分别为4孔、6孔、8孔、10孔、12孔的挠性叠片联轴节。
图3，双齿形大角度挠性叠片联轴节平面结构示意图，其中图(k)、图(l)、图(m)、图(n)、图(o)分别为4孔、6孔、8孔、10孔、12孔挠性叠片联节轴。
图1--图3中的标号名称1、轴中心内孔圆，2、螺栓孔圆，3、叠片外圆圆弧，4、单齿凹圆圆弧，5、单齿内圆圆弧，6、外公切圆，7、轴中心内孔圆圆弧，8、双齿内齿圆弧，9，双齿外齿圆弧，10叠片外圆圆弧段。
图4单齿、双齿大角度挠性叠片联轴节程序流程图。
图4中的标号名称r1-内孔圆半径，r2-栓圆的半径，r3-垫片半径，r4-外圆弧半径，r5-单齿凹圆中心圆心到轴中心距离，r6-单齿凹圆半径，t-叠片厚度，t1-垫片厚度，Z-层数。
具体实施例方式图1是具有单齿凹圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节平面结构示意图，由图可知，此种结构形式的联轴节有一个轴中心内孔圆1，圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆2，分别与2n个螺栓孔圆同圆心有2n个大于螺栓孔圆的同半径的叠片外圆圆弧3，圆心分别在两个相邻螺栓孔圆2之间的2n条角平分线上各有一个单齿凹圆圆弧4，叠片外圆圆弧3与单齿凹圆圆弧之间由外公切直线相切，从而构成了叠片轴中心到单齿凹圆圆弧圆心的距离小于叠片轴中心到螺栓孔圆圆心距离+叠片外圆弧的半径的单齿形大角度挠性叠片联轴节。2n中的n＝2、3、4、5、6。因此，分别有4孔、6孔、8孔、10孔、12孔五种结构形式的具有单齿凹圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节。
图2是具有单齿内圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节平面结构示意图，由图可知，这种结构形式的联轴节，在叠片中心有一个轴中心内孔圆1，圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆2，与螺栓孔圆同圆心的大于螺栓孔圆的2n个同半径的叠片外圆圆弧3，与叠片轴中心内孔圆同圆心分别在相邻两个螺栓孔圆之间的2n条角平分线上各有一个同半径的单齿内圆圆弧5，这是与图1的区别点之一；叠片外圆圆弧3与单齿内圆圆弧5之间由外公切圆相连，这是与图1的区别点之二。从而构成了叠片轴中心到单齿内圆圆弧圆心的距离小于叠片轴中心到螺栓孔圆圆心距离+叠片外圆弧半径的单齿形大角度挠性叠片联轴节，上述2n中n＝2、3、4、5、6。因此，分别有4孔、6孔、8孔、10孔、12孔五种结构形式的具有单齿内圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节。
图3是双齿形大角度挠性叠片联轴节平面结构示意图，由图可知，其圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆2，以叠片轴中心为圆心，有2n个轴中心内孔圆圆弧7和与此相对应的以叠片轴中心为圆心有2n个同半径的叠片外圆圆弧段10，其圆心分别在相邻两个螺栓孔圆2之间的2n条角平分线上各有一个同半径的双齿内齿圆弧8和与此相对应的同半径的大于双齿内齿圆弧8的双齿外齿圆弧9，此双齿外齿圆弧9圆心到叠片轴中心的距离小于叠片外圆圆弧段10的圆弧半径。分别与2n个双齿内齿圆弧相切的平行于相邻两个螺栓孔圆2之间的角平分线的直线分别连于相应的轴中心内孔圆圆弧7，同样，分别与2n个双齿外齿圆弧9相切的平行于相邻两个螺栓孔圆2之间的角平分线的直线分别连于相应的叠片外圆圆弧段10，从而构成了叠片轴中心到双齿外齿圆弧9圆心的距离小于叠片外圆圆弧半径的双齿形大角度挠性叠片联轴节。上述2n的n＝2、3、4、5、6。因此，分别有4孔、6孔、8孔、10孔、12孔五种结构形式的双齿形大角度挠性叠片联轴节。
根据大变形几何非线性切线刚度矩阵[K]T＝[K]0+[K]6+[K]L
本发明还利用非线性有限元法完成了强度计算程序，稳定性计算程序，强度计算程序，微动磨损接触计算程序，模态、非线性模态计算程序，动力响应计算程序。
图4单齿、双齿大角度挠性叠片联轴节程序流程图在ANSYS大型非线性有限元的基础上，用APDL参数化语言编写成挠性叠片联轴节专用程序，又与多种载荷下的试验进行了比较，总结出了设计的准则。
权利要求
1.一种具有单齿凹圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节，叠片中心有一个轴中心内孔圆(1)，圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆(2)，其特征在于，分别与2n个螺栓孔圆(2)同圆心有2n个大于螺栓孔圆(2)的同半径的叠片外圆圆弧(3)，圆心分别在相邻两个螺栓孔圆之间到叠片轴中心的距离小于螺栓孔圆圆心到叠片轴中心距离+叠片外圆弧半径的2n条角平分线上各一个同半径的单齿凹圆圆弧(4)，叠片外圆圆弧(3)与单齿凹圆圆弧(4)之间通过外公切直线相连，其中2n中的n为2、3、4、5、6。
2.一种具有单齿内圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节，其叠片中心有一个轴中心内孔圆(1)，圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆(2)，其特征在于，分别与2n个螺栓孔圆(2)同圆心的大于螺栓孔圆的2n个同半径的叠片外圆圆弧(3)，与叠片轴中心内孔圆(1)同圆心分别在相邻两个螺栓孔圆之间的2n条角平分线上且圆心到叠片轴中心的距离小于叠片轴中心到螺栓孔圆圆心的距离+叠片外圆圆弧半径各有一个同半径的单齿内圆圆弧(5)，叠片外圆圆弧(3)与单齿内圆圆弧(5)之间通过外公切圆(6)相连，其中2n中的n为2、3、4、5、6。
3.一种双齿形大角度挠性叠片联轴节，其圆心分别在 的2n条角平分线上各有一个同半径的螺栓孔圆(2)，其特征在于，以叠片轴中心为圆心有2n个同半径的轴中心内孔圆圆弧(7)和与此相对应的以叠片轴中心为圆心有2n个同半径的叠片外圆圆弧段(10)，其圆心分别在相邻两个螺栓孔圆(2)之间的2n条角平分线上各有一个同半径的双齿内齿圆弧(8)和与此相对应的同半径的大于双齿内齿圆弧(8)的双齿外齿圆弧(9)，分别与2n个双齿内齿圆弧相切的平行于相邻两个螺栓孔圆(2)之间的角平分线的直线分别连于相应的轴中心内孔圆圆弧(7)，分别与2n个双齿外齿圆弧(9)相切的平行于相邻两个螺栓孔圆(2)之间的角平分线的直线分别连于相应的叠片外圆圆弧段(10)，其中2n中的n为2、3、4、5、6。
全文摘要
一种单齿、双齿形大角度挠性叠片联轴节属联轴节，由轴中心内孔圆(1)、螺栓孔圆(2)、叠片外圆圆弧(3)、单齿凹圆圆弧(4)所构成的具有单齿凹圆圆弧的单齿形大角度挠性叠片联轴节；由轴中心内孔圆(1)、螺栓孔圆(2)、叠片外圆圆弧(3)、单齿内圆圆弧(5)所构成的具有单齿内圆圆弧的单齿形大角度挠性联轴节；由螺栓孔圆(2)、轴中心内孔圆圆弧(7)、叠片外圆圆弧段(10)及双齿内齿圆弧(8)和双齿外齿圆弧(9)所构成的双齿形大角度挠性叠片联轴节。本联轴节与现有技术相比具有补偿角度大，稳定性好，使用寿命长等优点。
文档编号F16D3/50GK1538084SQ20031010611
公开日2004年10月20日 申请日期2003年10月23日 优先权日2003年10月23日
发明者王心丰, 王陈彬 申请人:王陈彬