專利名稱：離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械式動力傳動裝置，尤其是對一種原動機(電動機、渦輪機、往復式發(fā)動機等，以下僅用電動機表述)與負載之間利用鋼球離心體在旋轉時所產(chǎn)生的摩擦轉矩來傳遞功率的一種柔性軟啟動聯(lián)軸器的結構改良。
本專利申請人曾于1993年申請了名為“限矩型鋼球聯(lián)軸器”的實用新型專利(專利號93211884.4)。它主要是將葉輪與原動機主軸聯(lián)接，組成傳遞功率的主動件，負載與聯(lián)軸器半體，左、右側蓋、摩擦殼，壓蓋等相聯(lián)成一體，成為鋼球聯(lián)軸器的被動體，鋼球散體及紅丹粉均布于摩擦殼和葉輪葉片分割的扇形空腔內(nèi)。工作時原動機帶動鋼球拋向摩擦殼內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦轉矩，當其大于負載阻轉矩時，帶動被動體轉動，實現(xiàn)功率的傳遞。但仍然存在著下述缺點1.由于摩擦轉矩的大小與輸入轉速的平方成正比，而離心式工作機亦然，因此傳動時空載軟啟動和協(xié)調(diào)性能較差；2.傳動結構為單一的同軸心傳動，無帶制動輪的傳動以及平行軸式的齒輪、鏈輪或皮帶輪之類的傳動結構；3.啟動過程中滑摩擦功損耗高，摩擦副磨損大，壽命短；4.只能單速傳動，不能與變極多速電動機配套使用，使用價值較低，實用領域窄推廣應用受限，技術成果轉化較慢；5.安裝、拆卸在結構上無完整性，安裝、使用、維護不便。另外，摩擦副內(nèi)的粉末容易滲入軸承的內(nèi)腔，造成聯(lián)軸器的柔性聯(lián)接失效，傳動性能破壞等不足。
本實用新型的發(fā)明目的是提供一種結構合理，軟啟動性能好，磨損小，使用壽命長的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器。
本實用新型的另一個發(fā)明目的是提供一種適用性較廣，可靠性高，使用、維修方便的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器。
本實用新型的發(fā)明目的主要是通過下述技術方案得以實現(xiàn)的在星輪葉片間的星輪軸體上設有若干個阻合器。其中，所述的星輪系由星輪軸體和設于其上的星輪葉片構成。所述阻合器的結構可根據(jù)所傳輸功率、轉速及工作機作用的工況條件等作相應的調(diào)整。例如，所述的阻合器可以由4-6塊閘塊分別經(jīng)碟簧固定于星輪軸體上而構成。也可以由4-12塊瓦形永磁塊，和設于其間的防漏磁墊以及將瓦形永磁塊與星輪軸體相固定的緊固件構成并在所述的瓦形永磁塊外，設置有護板。
為了使本實用新型能更好地適用于變極多速電機等場合，所述的星輪軸體與輔葉輪之間設有軸承；并在所述的輔葉輪與星輪葉片之間設置有多片摩擦離合器。一般地，當工作機的功率較大時，所述的多片摩擦離合器可采用氣動的傳動控制機構來實現(xiàn)其離合；對于功率較小的工作機，則采用電磁式離合控制器。
本實用新型除了作同心軸傳動外，也可以通過帶傳動輪(如皮帶輪或鏈輪等)，使不處于同一軸心(如彼此平行)的主動輪軸與被動輪軸可靈活地傳動配置。此時，可將所述的右蓋與摩擦殼制成一體，并在其外周上設置有帶傳動槽。也可以所述的部分右蓋與摩擦殼制成一體，并在其一側固定有帶傳動輪。前者適用于大直徑帶傳動輪的傳動，并將傳動輪與摩擦殼合二為一，使結構更為緊湊、合理；后者則適用于小直徑帶傳動輪傳動。
另外，在所述工作機旁設有紅外線打滑檢測裝置，其檢測頭的觸輪與工作機轉軸相接觸。當本實用新型在工作時，萬一發(fā)生過載打滑，當工作機的轉速低于額定轉速20％以上時，該檢測裝置即發(fā)出告警信號和停車指令。
為了克服現(xiàn)有技術在整體安裝或拆卸的不可行，可在所述左蓋上設置有工藝孔。所述的工藝孔為均布的四個小孔及中心孔，使用與之相對應的專用工具通過該工藝孔，進行整體安裝或拆卸；在所述左蓋的內(nèi)側設置有環(huán)狀槽，所述的星輪的一端置于其內(nèi)。這樣，使星輪葉片的每個扇形空腔的一側間隙與星輪軸的端部不直接溝通，而呈曲折狀，從而避免扇形空腔內(nèi)的Pb2O5粉末直接進入星輪內(nèi)的軸承中。
在所述摩擦殼和右蓋上設有6-12個凹槽。以便于取出尼龍柱銷，并具有散熱和減重之作用。在所述右蓋上設有密封氈圈，且在軸承的左側設置有擋塵環(huán)，以進一步阻擋灰塵侵入軸承中。
所述的被動軸連接盤可為半體(或帶制動輪半體)或為被動帶傳動輪。
因此，本實用新型提出的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器有以下優(yōu)點1)空載啟動，能將帶負荷滿載和大慣性重載啟動轉變?yōu)榭蛰d啟動，可使用小容量電動機在接近其工況點下工作。選型時可取功率儲備系數(shù)為1，啟動附加功率為零，因而裝機容量可比原來下降1-2個機座號，節(jié)電達10％-20％。縮短啟動時間，減小啟動平均電流和電動機發(fā)熱量。啟動過程滑磨功損耗低、磨損小，壽命長，2)柔性聯(lián)接軟，柔性和剛性聯(lián)接變換靈敏，軟啟動性能好。能滿足重載頻繁交替正反轉運行工作機的使用要求，滿載正轉急反轉旋向改變平穩(wěn)快捷，過渡圓滑，傳動系統(tǒng)無沖擊和振動。3)防止過載，保護電動機免遭堵轉燒毀，避免惡性事故造成工作機損壞。4)負載多點驅動能協(xié)調(diào)均勻各電動機的負荷分配和同步傳動。5)應用于離心式工作機傳動，可實現(xiàn)帶負荷滿載啟動，和原來相比，啟動電流小30％，啟動時間短75-90％，啟動過程節(jié)電70％以上，啟動過程對電網(wǎng)無沖擊。啟動效果優(yōu)于普通鋼球聯(lián)軸器和液力偶合器。6)能滿足變極多速電動機的雙速傳動要求。7)實用性強，工業(yè)應用廣泛。傳動型式可為同心軸、帶制動輪同心軸，平行軸帶(鍵、齒)輪傳動等?？伤絺鲃?、傾斜傳動和立式傳動。能滿足任何類型工作機在任何工況和環(huán)境下的使用要求。8)與限矩型液力偶合器相比，除性能相同外，還具有空載軟啟動性能好，結構簡單可靠，體積小，質(zhì)量輕，價格低，傳動效率高，傳動速比衡定不變，匹配功率(3-5500kw)和輸入轉速(500-3000r/min)范圍寬廣，拆裝方便，使用維護簡單，費用低，使用壽命長，鋼球一次更換啟動次數(shù)達10000-40000次，以及傳動方式多樣等優(yōu)點。
附


圖1是本實用新型的一種半剖的側視圖；附圖2是附
圖1的A-A剖視圖；附圖3是本實用新型中的一種阻合器的局部剖視圖；附圖4是本實用新型中的一種阻合器的局部側視圖；附圖5是本實用新型中的另一種阻合器的局部剖視圖；附圖6是本實用新型的帶皮帶輪的另一種剖視結構示意圖；附圖7是本實用新型的帶皮帶輪的第三種半剖的結構示意圖；附圖8是本實用新型的第四種剖視結構示意圖；附圖9是本實用新型和電動機以及幾種常用工作機的轉速與轉矩間的關系曲線示意圖。
下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型作進一步地描述。
實施例1星輪12的內(nèi)孔與電動機主軸聯(lián)接，在星輪12的外周上設置有軸承13，其上置有右蓋20；右蓋20內(nèi)設有氈圈18，其間設有擋塵環(huán)19，在軸承13旁設有擋圈14；在右蓋20的外側設有花蓋17和由片簧、彈墊、螺釘組成的過載打滑報警器16；當過載打滑時，片簧即與花蓋17上的斜面產(chǎn)生滑動摩擦而發(fā)出響聲(對于需正反轉交替運行的機械則不設)，使操作員及時關機處理。在左蓋5的軸上和星輪軸承孔之間設置有軸承13，其外設有L型的擋塵環(huán)19；在左蓋5中心部的外側設置有封板25，以防灰塵的侵入。在左蓋5與右蓋20之間的星輪12上設置有阻合器8。其中，所述的阻合器8系由6塊閘塊82分別經(jīng)碟簧81分別固定于星輪12上而構成(參見附
圖1、附圖2和附圖5)。即是一種帶蝶形彈簧閘塊式，用于2極和4極大型電動機傳動，并可與任何類型的工作機配套。
在所述阻合器8的外側設置Φ4mm-Φ6mm的鋼球離心體9和一定比例的Pb2O5粉末，并均布于由星輪葉片4分隔成的六個扇形空腔40內(nèi)。在六個扇形空腔的外側設置有圓環(huán)狀多凹槽的摩擦殼22，其上擰設有加料塞7，以根據(jù)作業(yè)的需要調(diào)整鋼球離心體9的數(shù)量或抽樣檢測鋼球離心體9的磨損量之用。由摩擦殼22、左蓋5、右蓋20和星輪12圍成的空腔40的內(nèi)表面與鋼球離心體9構成摩擦副，將電動機輸入的機械能轉變?yōu)槟Σ赁D矩MF，并以此實現(xiàn)多項傳動性能。
左蓋5上設置有工藝孔27，以便通過插入工藝孔的專用工具，打(壓)星輪12軸體和頂壓電機主軸，即可實施整體安裝和拆卸工作。而與負載主軸相連的半體1(或帶制動輪的半體，圖略)設置于左蓋5的左側，并通過6-12個彈性尼龍柱銷24以及緊固件3裝配成一體，構成本實用新型同心軸傳動的一種結構型式。此外，也可將摩擦殼22制成整體圓環(huán)形(在尼龍柱銷處開設斜槽，以利頂出柱銷，圖略)，將摩擦殼與制動輪的結構與功能合二為一，以滿足電動機與負載之間狹窄場合的使用要求。
實施例2所述的阻合器8也可將12塊瓦形永磁塊83和設于其下方的由非導磁材料制成的防漏磁墊84，由緊固件80固定在星輪12的軸體上；并在所述的瓦形永磁塊83外周設置有護板85。所述的護板85可采用鋼板制成，使其具有均勻磁場和保護永磁塊83的作用(參見附圖3和附圖4)。它主要適用于4極中小型和6-10極大中型電動機傳動。
實施例3附圖6及附圖7是本實用新型的另一類派生型的結構示意圖。它主要是將實施例1右裝配體中的摩擦殼22、右蓋20與帶傳動輪6的結構、功能溶合為一體，將半體1改變?yōu)楸粍訋鲃虞啺惭b在與主動軸相平行的被動軸上。其中，當所使用的帶傳動輪的直徑較大時，可直接在摩擦殼22的外周上設置有帶傳動槽10，并將右蓋與其合二為一，左蓋5由緊固件3固定于其一側，內(nèi)設有阻合器8和鋼球離心體9；當所使用的帶傳動輪的直徑較小時，所述的帶傳動輪6設置于一側，并通過緊固件將兩者固定成一體。其它結構與實施例1相類似。
實施例4參見附圖8，它是在實施例1的基礎上增設了一個輔葉輪29，且在輔葉輪29內(nèi)裝有磁塊式阻合器8。輔葉輪與星輪軸體之間設有軸承13，在軸承的右側設有軸套51和密封組件52。在輔葉輪與星輪葉片之間設置有多片離合器28。離合器的具體結構根據(jù)本實用新型所傳遞功率的大小而有所不同。在小功率的場合，可通過正負極滑環(huán)53，使外接低壓電源將電能輸送至電磁多片摩擦離合器28；在較大功率的使用場合，則外接氣源，通過旋轉接頭氣控多片摩擦離合器28。其它結構與實施例1相類似。當傳輸功率在高速級工作時，多片摩擦離合器28在電磁(或氣動)控制作用下呈脫開狀態(tài)，并實現(xiàn)高轉速工況的功率傳遞。當電動機的轉速在低速級工作時，該離合器處于接合狀態(tài)，這時，星輪12和輔葉輪29同步工作，以實現(xiàn)低轉速下的功率傳動。
本實用新型在工作時由電動機帶星輪旋轉，鋼球離心體在星輪帶動下受離心力和阻合器作用壓向摩擦殼和左、右蓋內(nèi)壁，并產(chǎn)生摩擦轉矩來傳遞功率。當摩擦轉矩MF大于負載阻轉矩ML時，便平穩(wěn)可靠地拖動正在運行的負載穩(wěn)態(tài)勻速運行；或啟動負載并加速至工作轉速進入運行工況。否則就使正在運行的負載轉速下降甚至堵轉(過載打滑)；或不能啟動負載并保持其原靜止狀態(tài)，而空載啟動電動機，
以下結合附圖9詳述本實用新型的各項性能。
一.關于空載軟啟動性能。能否實現(xiàn)電動機空載軟啟動的條件是聯(lián)軸器和工作機兩者的外特性圖必須有交點，其對應的轉速nt稱負載啟動臨界轉速。啟動時當電動機轉速nd≤nt時，MF＜ML，負載保持原有靜態(tài)，而電動機則近似帶星輪率先空載啟動，聯(lián)軸器柔性聯(lián)接處打滑且在nt時滑差最大。當nd＞nt時，MF＞ML，電動機開始拖動負載進入第二步啟動階段，其啟動附加轉矩MF-ML便決定了負載啟動的角加速度，聯(lián)軸器柔性聯(lián)接處滑差減小直至完全同步，由柔性聯(lián)接轉變?yōu)閯傂月?lián)接，接著電動機和負載以共同的轉速一起上升到穩(wěn)定運行工況。因此，nt愈大，空載軟啟動性能就愈好。而nt的高低與聯(lián)軸器和工作機配合的外特性有直接影響。普通鋼球聯(lián)軸器(原限矩型鋼球聯(lián)軸器及其同類的節(jié)能安全聯(lián)軸器)的外特性函數(shù)式MF＝f(n2)，其圖形是通過直角坐標原點的二次拋物線OA1F；而工作機類型有離心型ML＝f(n2)、等斜率型ML＝f(n)、衡轉矩型ML＝常數(shù)、衡功率型ML＝f(n-1)等。以離心式工作機為例，其外特性圖為一條通過直角坐標的縱坐標上O2點的二次拋物線O2A1K，當其與普通鋼球聯(lián)軸器配合時，兩者外特性交點為A1，該點對應的轉矩ML1和轉速nt1都很低。這樣，不僅電動機率先空載啟動的轉速梯度小，效果差，而且進入第二步拖動負載啟動時，由于啟動附加轉矩(即MF1-ML1)很小，從而拖長負載啟動過程，推遲工作機投入穩(wěn)態(tài)運行。
本實用新型設置阻合器后，在啟動過程中可使鋼球離心體經(jīng)受離心力和阻合器阻力的雙重作用，從而改變和改善普通鋼球聯(lián)軸器的外特性圖形，達到nt大幅度提高的空載軟啟動性能好效果。對磁塊式阻合器而言，永磁塊將全數(shù)鋼球吸附其上，在電動機nd＝(0.2-0.25)nk前，鋼球離心體所受的離心力小于磁塊的吸附力，摩擦殼內(nèi)壁無鋼球存在，故MF＝0。隨著nd增加吸附在磁塊上的鋼球離心體所受的離心力克服磁力后的剩余作用力使鋼球逐粒脫離磁塊飛向磨擦殼，這時附在磁塊上的鋼球離心體的形心半徑和質(zhì)量逐漸減小，需要更高的轉速產(chǎn)生的離心力才能克服磁力讓鋼球飛離，至nd＝(0.8-0.9)nk時鋼球才會全部與摩擦殼接合，其外特性圖改善為曲線O1A2BF，并使原交點A1提升至A2點，而BF段仍保留原有圖形不變。這種阻合器由于聯(lián)軸機構在額定工況點下工作時，鋼球離心體所受的離心力近80倍于磁力，故磁力對穩(wěn)態(tài)傳動并無影響。對帶蝶簧閘塊式阻合器，首先減少了鋼球離心體的填充量，使其在離心力作用下產(chǎn)生的摩擦轉矩MF始終小于負載的阻轉矩ML。多層蝶簧在緊固件預緊力作用下將閘塊壓附在星輪軸殼上，閘塊外半徑與鋼球離心體內(nèi)分布半徑留有行程量。當電動機啟動轉速nd＝0.7nk時，閘塊在離心力作用下壓縮蝶簧向外伸張，行程量至δ時閘塊與鋼球接觸，但離心力和蝶簧壓縮力平衡后剩余作用力為零，這時的摩擦轉矩僅是鋼球產(chǎn)生的。當nd＞0.7nk后，閘塊便具有逐漸增加的剩余作用力通過鋼球施加于磨擦殼上，這時聯(lián)軸器的摩擦轉矩為鋼球和閘塊兩者摩擦轉矩的總和。這種阻合器可將原外特性圖改善為曲線OCA3F，從而使交點A1提升至更高的A3點。
二.關于過載保護性能。本實用新型與電動機相配合，使兩者外特性圖形的交點設計為本實用新型過載保護的安全限矩值[MF]的極點。該點介于電動機最大轉矩Mm和額定轉矩Mk之間的某處F點，對應轉速為nL，這樣本實用新型既具備了對電動機過載保護性能，又能發(fā)揮其短時允許超載的特點。電動機在額定工況下工作時，轉矩Mk和轉速nk，這時本實用新型具備的設計摩擦轉矩Ms＝kMk，轉矩儲備系數(shù)k＞1，本實用新型呈剛性聯(lián)接能平穩(wěn)可靠地傳遞功率，并保證傳動速比衡定不變。當電動機輸出轉矩隨負載阻轉矩由Mk增至[MF]時，轉速則由nk稍降至nL，本實用新型的摩擦轉矩則由Ms急降至[MF]，轉矩儲備系數(shù)降為k＝1，在F點處便出現(xiàn)“滑差”趨勢，并由剛性聯(lián)接開始轉變?yōu)槿嵝月?lián)接。這種過載打滑使電動機和負載脫開而不致造成過載堵轉燒毀和損壞。由于過載打滑的速度壓強積值很大，長期打滑無人處理會導致摩擦副過熱退火失效，和“柔性聯(lián)接”破壞而最終使電動機堵轉燒毀。為保證本實用新型和工作機的安全，當與IV～VI類工作機配套或處于頻繁嚴重長期過載運行工況和遠程自動控制場合時，可設置紅外線打滑檢測裝置加以監(jiān)控，當過載打滑使工作機轉速低于其額定轉速20％時，便輸出信號，告警和停車。本實用新型的彈性尼龍柱銷也能防止過載打滑造成的過熱退火失效，當過載打滑使體溫升至175℃時，尼龍柱銷便可軟化剪斷而停車。此外本實用新型設置的過載打滑警報器的片簧在過載打滑發(fā)出的擊打聲響，也可提醒在場操作人員及時停機處理。
三.關于協(xié)調(diào)多機負荷分配性能。實質(zhì)是空載啟動和過載保護性能的延伸，只是它與電動機外特性圖形的交點設計在[MF]極點F的下方某處而已。協(xié)調(diào)性能可簡單可靠地解決多點驅動的順序啟動，均衡載荷同步傳動和過載保護三個難題。
權利要求1.一種離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，包括與原動機相連的設有葉片的星輪，和設于其外并與左右蓋相連的摩擦殼以及置于其間的鋼球離心體，在其一側設有被動軸連接盤，其特征是在星輪葉片(4)間的星輪(12)的軸體上設有若干個阻合器(8)。
2.如權利要求1所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征在于所述的阻合器系由4-6塊閘塊(82)分別經(jīng)碟簧(81)固定于星輪(12)的軸體上而構成。
3.如權利要求1所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征在于所述的阻合器系由4-12塊瓦形永磁塊(83)，和設于其間的防漏磁墊(84)以及將瓦形永磁塊(83)與星輪(12)的軸體相固定的緊固件(3)構成；并在所述的瓦形永磁塊(83)外，設置有護板(85)。
4.如權利要求1所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征在于所述的星輪(12)的軸體與輔葉輪(29)之間設有軸承(13)；并在所述的輔葉輪(29)與星輪葉片(4)之間設置有多片摩擦離合器(28)。
5.如權利要求1或2或3或4所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征在于所述的右蓋(20)與摩擦殼(22)制成一體，并在其外周上設置有帶傳動槽(10)。
6.如權利要求1或2或3或4所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征在于所述的部分右蓋(20)與摩擦殼(22)制成一體，并在其一側固定有帶傳動輪(6)。
7.如權利要求1或2或3或4所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征是在所述工作機旁設有紅外線打滑檢測裝置，其檢測頭的觸輪與工作機轉軸相接觸。
8.如權利要求1或2或3或4所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征是在所述左蓋(5)上設置有工藝孔(27)；所述左蓋(5)的內(nèi)側設置有環(huán)狀槽(2)，所述的星輪(12)的一端置于其內(nèi)。
9.如權利要求1或2或3或4所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征是在所述摩擦殼(22)和右蓋(20)上設有多個凹槽(33)。
10.如權利要求1或2或3或4所述的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器，其特征是在所述右蓋(20)上設有密封氈圈(18)，且在軸承(13)的左側設置有擋塵環(huán)(19)。
專利摘要本實用新型涉及一種柔性軟啟動的離心式限矩型鋼球聯(lián)軸器。它主要是在星輪葉片間的星輪軸體上設有若干個阻合器。所述阻合器的結構可以由4-6塊閘塊分別經(jīng)碟簧固定于星輪軸體上而構成;也可以由4-12塊瓦形永磁塊、設于其間的防漏磁墊和其外的護板構成,并由緊固件固定于星輪的軸體上。因此,具有一種結構合理,軟啟動性能好,摩損小,使用壽命長,適用性較廣,可靠性高,使用、維修方便等特點。
文檔編號F16D7/00GK2487914SQ0120942
公開日2002年4月24日 申請日期2001年3月16日 優(yōu)先權日2001年3月16日
發(fā)明者洪中元, 洪霞, 洪華 申請人:洪中元