專利名稱：一種限矩聯(lián)結(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在權(quán)利要求1前序部分中限定的限矩聯(lián)結(jié)裝置。
以下所討論的一種聯(lián)結(jié)裝置公開在WO 90/00231中。該已知的裝置通常運行良好。這種裝置經(jīng)常被用在軋鋼機內(nèi)位于一驅(qū)動電機，例如一電動機，和一軋輥之間。傳遞的功率可以達到20,000KW的量級。這種軋鋼機的閑置成本可高達100,000SEK/小時。
就相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域來說，裝置以一相對較低的頻率起動，例如一頻率范圍在每5年1次到每年300次之間。典型的起動頻率為每年20次。
基本上，聯(lián)結(jié)裝置包括兩共軸的、通常為圓柱形的相互作用表面，兩表面分別在以一圓柱形套筒和一圓柱形軸桿為形式的兩相互作用部件上，其中套筒與軸桿限矩摩擦式接觸以傳遞轉(zhuǎn)矩，直到一對應(yīng)的極限轉(zhuǎn)矩，超過此極限轉(zhuǎn)矩值之后套筒開始相對于軸桿滑動。摩擦接合采用一些適當(dāng)技術(shù)手段可被調(diào)節(jié)到一選定的程度。例如，套筒可包括一能被置于壓力下的同心環(huán)形室。該聯(lián)結(jié)裝置包括一個或多個泵，用來將液體從一液體存儲裝置中吸至相互作用表面間的間隙中，這樣液體將與所述相互作用表面一起形成一液壓層。泵可靠所述部件間的相對旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)動。由于在相互作用的表面之間有用泵送入的液體，因此一旦超過規(guī)定的轉(zhuǎn)矩所述表面就能相對另一表面滑動。這能避免對聯(lián)結(jié)裝置和對電動機或軋鋼機的損害。為產(chǎn)生使轉(zhuǎn)矩減少到接近零的水平的一液壓層，這種已知的限矩聯(lián)結(jié)裝置僅需要旋轉(zhuǎn)一個循環(huán)即可。
裝置起動后，需要使驅(qū)動完全停止。聯(lián)結(jié)裝置里的泵于是將停止向相互作用的表面間泵入液體(油)。這使得液體通過通道被排出，從而在大約1分鐘的時間里所述相互作用表面間的摩擦接合得以恢復(fù)。轉(zhuǎn)矩極限能被選定在一較寬范圍內(nèi)，同時能以一較高的精確度進行設(shè)定，例如在一預(yù)期值的±10％范圍內(nèi)。聯(lián)結(jié)裝置也可具有緊湊的尺寸。
有關(guān)這種已知裝置的問題在于該裝置在起動前裝置里所容納的全部或部分液體/油有可能泄漏，或隨著時間遷移油特性變化導(dǎo)致的微粒對油的污染，微粒有可能形成于，例如，在起動裝置時，并且該微粒會阻塞閥、過濾器并擾亂或妨礙裝置運行等。
因此這種已知的裝置在起動時就有一定的發(fā)生故障的危險。裝置的故障意味著相互作用表面不能充分地分離且不充足的油被壓入相互作用表面間。這一故障于是可導(dǎo)致一相當(dāng)高的轉(zhuǎn)矩經(jīng)由裝置被傳遞，因而導(dǎo)致對例如發(fā)動機和被驅(qū)動設(shè)備的損害，同時還導(dǎo)致對聯(lián)結(jié)裝置自身的嚴(yán)重?fù)p害。具體考慮到這一故障的后果(比較閑置成本)，盡管該裝置在常規(guī)起動之后能自動且迅速地復(fù)位，且因而能在移除或調(diào)整起動事故后迅速地回到車間操作，但所涉及的這種裝置還沒有發(fā)現(xiàn)在實際中被特別廣泛地使用，本發(fā)明的一個目的是提供對該裝置的進一步改進以限制裝置發(fā)生故障的影響，從而在例如由于不充足的油被壓入裝置相互作用的表面間導(dǎo)致的裝置起動時發(fā)生故障后，限制裝置復(fù)位所需要的暫時停工時間。
該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的一種裝置來實現(xiàn)。
該裝置進一步的實施例將在從屬權(quán)利要求中變得明顯。
盡管傳統(tǒng)裝置的相互作用表面由輕合金碳鋼組成，該輕合金碳鋼表面滲氮深度約0.3mm，具有約700維氏的硬度，現(xiàn)在依照本發(fā)明提出的所述部件之一具有一表面層，其形成了相互作用的表面之一，由一種塑化極限遠遠低于另一部件相互作用表面的塑化極限的材料組成。表面層可具有幾毫米的厚度，例如5mm，且可由，例如，頓巴黃銅(tombak)一類的錫-銅合金組成，即例如90％銅，10％錫，1％鉛。這樣的合金具有約100N/m2的彈性限度。表面層還可以包括在其自由表面上以槽的形式出現(xiàn)的空穴。這些槽能形成軸承元件的液體分配管道?？蛇x擇的，外表面的空穴可包含其它的凹進或孔。表面層上這些空穴是用來確保表面層材料，例如在熔融時，具有比表面層原來占有的套筒和軸桿之間空隙更小的體積。因為塑化用于消除套筒與軸桿間的能量傳遞，表面層里空穴的尺寸最好在考慮到解除負(fù)載后套筒的內(nèi)直徑會減少，且軸桿上的負(fù)載被移除后軸桿的外直徑會增加的事實下確定，這樣有效的用于表面層的空間將減少。層的材料因而最好具有比消除了套筒與軸桿間徑向應(yīng)力后套筒與軸桿間空隙體積更小的凈體積，同時應(yīng)考慮塑化或熔融表面層時的溫度條件(即表面層，套筒和軸桿的相應(yīng)體積偏差)，從而在套筒與軸桿間發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)后，套筒原則上能不接觸被塑化表面層旋轉(zhuǎn)。這減少了在聯(lián)結(jié)裝置兩主要部件間的相對旋轉(zhuǎn)作用下表面層材料吸收一定數(shù)量的能量后使材料熔融的風(fēng)險。
表面層的塑化導(dǎo)致液態(tài)極限或表面層材料屈服應(yīng)力連續(xù)減少。該表面層使得當(dāng)液壓軸承作用不能被維持時被傳遞的轉(zhuǎn)矩受到限制。聯(lián)結(jié)裝置的輸入軸與其輸出軸間的能量傳遞借助外部裝置可以被監(jiān)控和停止，例如通過檢測裝置的輸入和輸出部件間速度的可能差別，以用來限制所述部件間的相對旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明對于防止對被驅(qū)動設(shè)備及驅(qū)動設(shè)備的損害是有效的，還可限制對限矩裝置的損害。
在塑化(表面層熔融)后聯(lián)結(jié)很容易通過對所述層和載有表面層的那一部件(軸桿)加熱而恢復(fù)。因為表面層由具有高熱膨脹系數(shù)的材料(頓巴黃銅(tombak))組成，因此該層將從所述部件(軸桿)的底板上松動，并很容易與軸桿脫離。以頓巴黃銅(tombak)—套筒為形式的替換表面層能被簡單地插入/推壓在相關(guān)部件(10，20)上并借助，比如膠接合而被固定其上，該接合在恢復(fù)過程中由所施加的熱或在塑化表面層時被破壞。
現(xiàn)將參考附圖通過實施例說明本發(fā)明。


圖1為一種限矩聯(lián)結(jié)裝置的示意性軸向剖面圖。
圖1中所示裝置基本上是以根據(jù)WO 90/00231的裝置為基礎(chǔ)的，其描述的方式包含在本文件中。
該聯(lián)結(jié)裝置主要包括一圓柱形樞軸10和環(huán)繞樞軸/軸桿10的一套筒20，所述軸桿10和套筒20分別具有法蘭連接11和21用以連接一驅(qū)動系統(tǒng)，例如一大型電動機和屬于軋鋼機的一軋輥。套筒20具有一與在軸桿10上的外表面12相互作用的內(nèi)表面22。套筒壁內(nèi)包括一油腔A，其能被一定壓力，例如壓力范圍在0-50mPa內(nèi)的泵入油置于壓力下，以使相互作用表面12，22間在接觸面B處摩擦接合。所能傳遞的摩擦粘著力和最大轉(zhuǎn)矩由腔A內(nèi)的油壓決定。經(jīng)由一注入管道泵入油后，管道(未表示出)內(nèi)的一閥(未表示出)被關(guān)閉。圓柱形部件20包括一被安裝成與部件20共軸旋轉(zhuǎn)的輪轂30。輪轂30在其外側(cè)上具有一相對輪轂軸偏心的軸承5。許多油泵3在軸承5和所述部件的內(nèi)表面間沿徑向運轉(zhuǎn)。泵具有連接管道4，由此油被泵至接觸面B，例如至其縱向中央?yún)^(qū)域。油沿接觸面擴散并能，例如，經(jīng)由接觸面B一端的一管道41收集而回到泵空間。一定數(shù)量的油可被封閉在泵空間內(nèi)部，以在部件10，20相對旋轉(zhuǎn)時直接被各自的泵吸出并被壓出至接觸面B。由于輪轂30的外表面是偏心的(軸承5相對于部件10，20的偏心位置)，泵5會在這樣的相對旋轉(zhuǎn)下開始運轉(zhuǎn)。與套筒20相互作用的軸桿10部分具有一頓巴黃銅(tombak)的表面層50(90％銅，10％錫，1％鉛)。層50在其自由主表面上有槽51。槽51也可被用來作為分配來自于泵3的油的分配管道。油經(jīng)由管道40自泵3被泵至接觸面B的縱向中央?yún)^(qū)域，并在那兒軸向地流至接觸面B的兩端，如圖中箭頭所示。一股油被直接傳遞至泵腔，同時另一股油經(jīng)由延伸回油泵腔的管道41收集起來。
除了在所述層上的槽51之外，一完全被層50填充的空間位于軸桿10和套筒20之間。槽51還用來容納由于部件10，20間的相對旋轉(zhuǎn)而被塑化的層50的部分。部件20的表面22由鋼組成并與層50的頓巴黃銅(tombak)表面相互作用。頓巴黃銅(tombak)層50在正常轉(zhuǎn)矩下能傳遞轉(zhuǎn)矩。但，當(dāng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載超過預(yù)定值時，鋼表面22開始相對于頓巴黃銅(tombak)層50滑動。由于塑化或熔融，摩擦熱和/或相對移動導(dǎo)致層50迅速地變形。槽51使層50表面內(nèi)的材料沿徑向在遠離表面22的方向移動。在套筒和軸桿被解除徑向負(fù)載后同時考慮到變形表面層的狀態(tài)和溫度，層的凈體積應(yīng)被適當(dāng)?shù)厝菁{于套筒與軸桿間的空間內(nèi)。這減少了材料50吸收如此大能量從而導(dǎo)致材料熔融的風(fēng)險。塑化導(dǎo)致了材料液態(tài)極限的連續(xù)減少。通常，材料50不進入熔融階段。由于材料50的塑化和所述材料的移動，如果泵3不能將油泵入接觸面B內(nèi)，部件10，20間的能量傳遞將受到限制。
理所當(dāng)然的，軸桿和套筒間的摩擦接合可用除了如圖所示實施例中向液壓室A加壓之外的方法實現(xiàn)。例如，套筒和軸桿可為圓錐形并在軸向同時被驅(qū)動以達到一選定的摩擦粘著力，即，一選定的上轉(zhuǎn)矩傳輸極限。當(dāng)套筒和軸桿具有預(yù)設(shè)尺寸以達到一給定的摩擦粘著力時，粘著力能通過所謂的熱收縮或通過套筒與軸桿的壓配合來達到。當(dāng)摩擦粘著力消除時，即，當(dāng)軸桿和套筒間的徑向應(yīng)力被移除時，軸桿外直徑將增加且套筒內(nèi)直徑將減小。因此外層的尺寸應(yīng)定為能在摩擦接合消除時，即套筒與軸桿上的負(fù)載被徑向移除時使其凈體積容納于套筒與軸桿間的空間里并留有一給定的余量。因此，通過用具有相對低塑化極限的材料來形成外層50，在部件10，20間沒有油膜的情況下就可以一相對低的轉(zhuǎn)矩極限來起動部件10，20間的初始旋轉(zhuǎn)，但該轉(zhuǎn)矩極限高于由于表面層材料初始塑化而產(chǎn)生的由部件10，20之間摩擦粘著力確定的轉(zhuǎn)矩極限。材料50可被認(rèn)為在軸桿與套筒間接觸面上形成一潤滑劑。當(dāng)確保了表面層能被容納在解除所述徑向負(fù)載后套筒與軸桿間產(chǎn)生的間隙中時，傳遞給層50材料的能量是最小的，軸桿與套筒間的能量傳遞也一樣是最小的。
為了使表面層一方面在初始時能在所述兩部件之間傳遞能量，另一方面使其能被壓縮并具有相當(dāng)小的徑向厚度，除了在其自由表面上的作用槽外，在初始狀態(tài)時外層還可包括其它凹進或空穴，例如孔或類似物。
權(quán)利要求
1.一種限矩聯(lián)接裝置，包括兩共軸的、通常為圓柱形的相互作用表面(12，22)，該兩表面分別在以一圓柱形套筒(20)和一圓柱形軸桿(10)為形式的兩相互作用部件(10，20)上，其中套筒與軸桿摩擦接合以傳遞轉(zhuǎn)矩，該傳遞的轉(zhuǎn)矩最大為對應(yīng)于一摩擦接合極限且套筒開始相對于軸桿旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，以及還包括至少一泵裝置(3)，其在套筒與軸桿間的相對旋轉(zhuǎn)作用下被驅(qū)動從而自一液體存儲裝置中泵吸液體至相互作用表面(12，22)間的間隙(B)，其中設(shè)置有裝置(41)用來在超過轉(zhuǎn)矩極限后自間隙(B)運走液體以恢復(fù)摩擦粘著力，其特征在于部件(10)包括一具有表面層(50)的底板，該表面層(50)形成了所述相互作用表面之一(12)，并由一種塑化極限遠遠低于另一部件(20)的相互作用表面(22)塑化極限的材料組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝置，其特征在于該表面層(50)包括空穴(51)，該空穴(51)能使所述表面層在塑化時移離所述另一部件的相互作用表面(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種裝置，其特征在于空穴由繞圓周設(shè)置同時位于表面層的相互作用表面上的槽(51)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的一種裝置，其特征在于表面層由頓巴黃銅制成；另一部件的相互作用表面由鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的一種裝置，其特征在于所述部件(10，20)在徑向上互相張緊以產(chǎn)生所述摩擦粘著力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的一種裝置，其特征在于表面層(50)包括空穴，該空穴使得表面層(50)在塑化和/或熔融從而沿徑向解除了部件(10，20)的負(fù)載后，具有比底板表面與所述另一部件(20)的相互作用表面間的徑向距離小的徑向厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的一種裝置，其特征在于表面層由一種熱膨脹系數(shù)高于底板熱膨脹系數(shù)的材料制成。
全文摘要
一種限矩聯(lián)接裝置包括兩共軸的,基本上為圓柱形的相互作用表面(12,22),兩表面分別在以一圓柱形套筒(20)和一圓柱形軸桿(10)為形式的兩相互作用部件(10,20)上。套筒與軸桿徑向地張緊摩擦接合以傳遞轉(zhuǎn)矩,所傳遞的轉(zhuǎn)矩最大為對應(yīng)于徑向張力的一轉(zhuǎn)矩極限且同時套筒開始相對于軸桿旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。裝置還包括至少一泵裝置(3),其適合于在套筒與軸桿間的相對旋轉(zhuǎn)作用下被驅(qū)動從而自一液體存儲裝置中泵吸液體至相互作用表面(12,22)間的間隙(B)中。裝置(41)用來在所述部件發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)后引導(dǎo)液體自間隙(B)離開以恢復(fù)所述摩擦粘著力。部件(10)具有一底板,其包括一表面層(50),該表面層(50)形成了相互作用表面之一(12)并由一種塑化極限遠遠低于另一部件(20)相互作用表面的塑化極限的材料,例如頓巴黃銅(tombak)制成。表面層(50)包括空穴,其使得表面層(50)在塑化使部件(10,20)解除了徑向負(fù)載后,具有較小的徑向厚度。
文檔編號F16D7/00GK1387613SQ00815169
公開日2002年12月25日 申請日期2000年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月29日
發(fā)明者科特·福爾克 申請人:科特福爾克股份公司