節能安全聯軸器的製作方法
2023-05-12 14:37:56 1
專利名稱：節能安全聯軸器的製作方法
技術領域：
本發明創造為一種機械式的節能和過載保護裝置，屬於機械傳動技術領域。
本發明創造的節能安全聯軸器安裝於鼠籠式異步交流電動機和工作機或減速器之間，取代普通的聯軸器，實現工作機的軟起動。本聯軸器適用於帶負載起動的機器，如鼓風機、水泵、皮帶運輸機、刮板運輸機、攪拌機、起重機的行走機構、氧魚池的增氧機、鍋爐爐排傳動、礦粉燒結機、軋鋼廠的運輸輥道機以及電動車、船等。
現代機器很多是滿載起動的，例如鼓風機和離心式水泵，起動時力矩很大，而起動後穩定運轉時所需力矩又相對較小。為了便於起動和避免起動電流過大而燒毀電機，一般採用比穩定運轉所需的功率大得多的電動機，因而造成鼓風機和水泵等長期運轉中的「大馬拉小車」的現象。又如皮帶運輸機和燒結機在使用中由於某種原因而滿載停車，當再次起動時，就需要卸掉載荷，為了避免費時費工，往往選配功率大得多的電動機，因而也造成長期運轉中的「大馬拉小車」的現象。這些情況都降低了電路功率因數，增加電能消耗，造成能源浪費。對於起重機的運行機構，起動時的慣性阻力矩很大，為了便於起動，一般採用比鼠籠式交流電機昂貴的繞線式交流電機，並配備起動電阻箱，使設備複雜，成本提高，且易出故障。許多機器在工作時往往由於意外過載而損壞重要的零部件，甚至燒毀電機，造成巨大損失，目前雖有安全聯軸器能保護機器的重要零部件在過載時不致損壞，但安全聯軸器本身卻不可避免地受到損壞。
為此，本發明創造提供一種節能安全聯軸器，該聯軸器未將被聯兩軸固接，而是通過其殼體內放置的鋼球在工作時所產生的摩擦力來傳遞扭矩，因而可使電動機在任何情況下都近似於空載起動，可使電機起動功耗和起動發熱量降低65％左右，並可實現工作機的勻加速起動。由於將滿載起動轉變為空載起動，因而可選配與工作機穩定運轉功率相同或近似的電動機，由此避免了目前為了起動而使用功率較大鼠籠電動機配功率較小工作機的不合理現象，從而既提高了電路功率因數、節約能耗，又可降低設備費用。由於該聯軸器傳遞的扭矩可以調節，因而又可以實現過載安全保護，且不損壞任何零件。
本發明創造是通過下述方式實現的
圖1～圖3是本發明創造的聯軸器的工作原理圖。
圖1為聯軸器處於靜止狀態；圖2處於起動狀態；圖3為同步運轉狀態。
本發明創造的節能安全聯軸器主要由轉子21、葉片3、殼體35和鋼球19組成。其中轉子21與電機軸相聯，殼體35與減速器輸入軸或工作機輸入軸相聯，葉片位於殼體和轉子之間，葉片3對稱安裝在轉子21上，葉片數目最低為2個，葉片3將轉子與殼體所圍的空間等分成與葉片數目相同的空腔，鋼球19按葉片所分隔的空腔數等分後，分裝在這些空腔中。
本發明創造的節能安全聯軸器的工作過程如下當電動機起動時，通過電機軸帶動轉子21，從而使安裝在轉子21上的葉片3旋轉，葉片3推動各空腔裡的鋼球19沿殼體35的內園柱面滑動，此時作用在電機軸上的阻力矩僅為鋼球與殼體滑動摩擦力矩，因此，近似於空載起動。隨著電機轉速的升高，鋼球在離心力的作用下緊貼殼體內壁，鋼球與殼體的摩擦力矩逐漸增大，殼體逐漸被帶動(呈等加速起動)，直至殼體與轉子達到同步運轉狀態，此時轉子與殼體不存在轉速差。由於扭矩是通過鋼球與殼體的摩擦傳遞的，故鋼球19的填裝量直接影響傳遞力矩的大小，因此，可以通過調節鋼球填裝量的辦法來控制過載極限力矩，從而達到過載安全保護的目的。一般，鋼球的直徑在4mm以上，鋼球的填裝量最大為轉子與殼體間空腔體積的90％。
為適應不同需要，本發明創造的節能安全聯軸器可以有不同形式，
以下結合附圖，對三種形式的聯軸器進行描述圖4是節能安全聯軸器的基本型，是圖5的D－D剖視圖。
圖5是圖4的A－A剖視圖。
圖6是帶制動輪型的節能安全聯軸器。
圖7是帶皮帶輪型的節能安全聯軸器。
在圖4和圖5中，轉子21通過鍵與電動機軸聯接，為防止轉子沿電動機軸軸向竄動，可用緊定螺釘20加以固定，此外，轉子21的右端與半聯軸器6之間要留有足夠空間，可供採用軸端壓板進行固定；葉片3通過套環4及螺釘13、彈簧墊圈23固定在轉子21上；殼體35由外殼2、左端蓋18、右端蓋5組成，螺釘10和彈簧墊圈11將外殼2與左、右端蓋18、5聯接在一起。在轉子21和左、右端蓋18和5之間裝有軸瓦14，軸瓦14與左、右端蓋18和5採用過盈配合，而與轉子21採用間隙配合。這樣，外殼2、左、右端蓋18和5連同軸瓦14可與轉子21作相對轉動。殼體的右端蓋5可通過銷釘9，彈簧墊圈22、鼓形彈性套7及墊片8與半聯軸器6彈性聯接，半聯軸器6通過鍵與從動軸(即減速器輸入軸或工作機輸入軸)聯接，並用緊定螺釘20固定。根據所需傳遞的扭矩或過載極限扭矩，確定鋼球19的充填量，鋼球19的數量按葉片數等分後，分裝在由葉片3分隔的轉子21與殼體35所包圍的各空腔內。擰開外殼上的螺塞12，並逐步轉動電機軸即可將等分好的鋼球分別裝入各個空腔，然後擰緊螺塞12。試車前，通過左、右端蓋上的油閥1注入適量的潤滑脂給油瓦14的摩擦面。
葉片3的數目一般為兩片或以上，葉片3與外殼2、左右端蓋18、5之間留有間隙a、b、c，間隙最好不大於鋼球直徑的 1/4 ，但不小於0.5mm。
當電動機起動時，電機軸驅動轉子21連同葉片3一起轉動，葉片3推動鋼球19沿外殼2的內圓柱面作圓周運動，鋼球19在離心力的作用下，緊貼殼體內圓柱面，產生摩擦力矩，帶動殼體轉動，隨著電機轉速升高，鋼球離心力增大，摩擦力矩上升，殼體35連同半聯軸器6帶動工作機作勻加速起動，經過若干秒後，殼體35與轉子21達到同步，進入穩步運轉狀態。如果工作機發生超過允許的過載或卡死時，則鋼球與殼體打滑，而不損壞機件，避免電機燒毀。
當過載打滑時，用螺釘16，墊片15及彈簧墊圈24固定在轉子左端面的彈簧片17與左端蓋18上的斜面摩擦而發出響聲，從而通知操作者停機。
另外，也可用圓柱鋼、鐵棒代替鋼球19，棒長應略小於葉片寬度，此時葉片3與外殼2、左右端蓋18、5間的間隙a、b、c最好不大於圓柱棒直徑的 1/4 ，而不小於0.5mm。
右端蓋5上開有溝槽31，以便插入棍棒或其它工具，用手轉動聯軸器之用(在安裝調試聯軸器和裝填鋼球時需轉動聯軸器)。
在工作機非頻繁起動的場合(如風機、水泵、皮帶運輸機等)，軸瓦14材料可為鑄鐵或耐磨鑄鐵；在頻繁起動場合(如運輸輥道、起動機運行機構)，軸瓦14材質可為青銅或改用滾動軸承；大批量生產時，軸瓦14可採用粉末冶金製成的含油軸瓦，此時可取消油閥1及左右端蓋18、5中的油孔。
彈簧墊圈22可防止銷釘9鬆動，鼓形彈性套7的材料為橡膠或聚氨脂。安裝時，右端蓋5與半聯軸器6之間應保持一定間隙e，鼓形彈性套7和間隙e可以補償被聯接的兩軸(電機軸和工作機軸)的徑向、軸向和角向偏移，降低了被聯兩軸的對中要求，起安裝帶來方便。間隙e＝2～10mm，隨聯軸器尺寸大小而定。此外，鼓形彈性套還使安全聯軸器具有一定的緩衝減震性能，並可減小軸和軸承因聯軸器而產生的附加載荷。
圖6為帶制動輪型的節能安全聯軸器，它適用於需制動的場合，如起重機運行機構，傾斜帶式運輸機等。制動輪與從動的半聯軸器6為一整體，這種結構有利於電機的空載起動。制動輪上方有一孔30，是為了便於給油閥注潤滑脂，其它結構與圖4的基本型相同。
圖7為皮帶輪型的節能安全聯軸器，它適用於皮帶傳動的場合。轉子21與電動機軸相聯接，外殼2上開有三角皮帶槽或為鼓形面，在上面安裝三角帶或平型皮帶，此時取消從動的聯軸器6等零件。轉子上的螺塞25可自左端面通過油孔注入潤滑脂，擰開位於左端蓋上螺塞12可填裝鋼球。如用鋼棒代替鋼球，則螺塞12可取消，打開左端蓋18即可填裝鋼棒(或鐵棒)，其餘部分與圖4的基本型相同。皮帶輪型式節能安全聯軸器安裝時，右端應靠近電機，不能相反，否則裝填鋼球不方便。
本發明創造的節能安全聯軸器具有下述優點1.起動性能好。節能安全聯軸器可以使電動機在任何情況下都近似於空載起動，起動平穩，實現工作機的均勻加速起動。由於起動電流小，因而起動時對電網衝擊小。
2.節省能源。節能安全聯軸器不僅能減少電機起動時的功耗和發熱量達 2/3 左右，更重要的是將滿載起動轉變為空載起動，避免了通常為順利起動而使用功率較大電機配功率較小工作機的「大馬拉小車」的現象。在長期運轉中，由於電動機額定功率與工作機所需功率接近，匹配合理，提高了功率因數，因而可以起到顯著的節能效果，圖8為採用本聯軸器與採用普通聯軸器的電流相對值的比較，圖中橫座標為時間(秒)，豎座標為電流相對值。曲線A為普通聯軸器(當電機額定功率＞工作功率時)，曲線B為節能安全聯軸器(當電機額定功率＞工作機功率時)，C為節能安全聯軸器(當電機額定功率＝工作機功率時)，D為穩定運轉時電流。
3.節省設備投資。由於節能安全聯軸器解決了滿載起動困難的問題，因此可選配功率較小的電機，從而節省了設備費用，減小了設備體積和重量。
4.傳遞的扭矩可以調節，容易實現過載安全保護。節能安全聯軸器可以通過增減鋼球填充量來調節傳遞的極限扭矩，以實現不同要求的過載安全保護。當工作機過載或卡死時，節能安全聯軸器自動打滑而不損壞任何機件。
5.傳動效率高。與液力聯軸器相比，節能安全聯軸器穩定運轉時(即除起動、制動階段外)，主、從動兩端完全同步，無轉速差，無摩擦損耗，效率高；實測效率為99％以上。頻繁起動減驗(15分鐘內起動75次)證明，發熱量很低，無明顯溫升。
6.結構簡單，製造方便，無特殊工藝要求。
7.安裝方便，傳遞動力質量高。節能安全聯軸器內有彈簧元件，能在一定範圍內補償被聯兩軸的徑向、軸向和角向偏移，可以降低安裝時被聯兩軸的對中要求，給安裝帶來方便。彈性元件還使節能安全聯軸器具有緩衝減震性能，可以提高動力傳遞的質量和機器的壽命。
8.可以正、反向運轉。
9.工作可靠，維護簡便(與液力聯軸器相比)。
權利要求1.一種用於機械傳動的節能安全聯軸器，其特徵在於本聯軸器由轉子、葉片、殼體和鋼球組成，其中，轉子與電機軸相聯，殼體與減速器輸入軸或工作機輸入軸相聯，葉片位於轉子和殼體之間，葉片對稱安裝在轉子上，葉片數目為2個或2個以上，葉片將轉子與殼體所圍的空間等分成與葉片數目相同的空腔，鋼球按葉片所分隔的空腔等分後，分裝在這些空腔中。
2.如權利要求1所述的聯軸器，其特徵在於所說的轉子通過鍵與電機軸聯接，並用緊定螺釘固定，葉片通過套環、螺釘及彈簧墊圈固定在轉子上，所說的殼體由外殼和左、右端蓋組成，外殼與左、右端蓋通過螺釘和彈簧墊圈聯接在一起，在轉子和左、右端蓋之間裝有軸瓦，軸瓦與左右端蓋採用過盈配合，而與轉子採用間隙配合，以使外殼、左右端蓋連同軸瓦可與轉子作相對轉動，殼體的右端蓋與半聯軸器通過銷釘、彈簧、墊圈、鼓形彈性套和墊片進行彈性聯接，半聯軸器通過鍵與從動軸聯接，並用緊定螺釘固定，葉片與外殼、左右端蓋之間留有間隙a、b和c，在外殼上有一個能裝入鋼球的螺孔和將其封閉的螺塞。
3.如權利要求2所述的聯軸器，其特徵在於所說的間隙a、b和c不小於0.5mm，不大於鋼球直徑的 1/4 。
4.如權利要求2所述的聯軸器，其特徵在於所說的半聯軸器為一個半聯軸器和制動輪的組合體。
5.如權利要求2所述的聯軸器，其特徵在於在所說的外殼上開有三角皮帶槽或鼓形面以代替半聯軸器。
6.如權利要求1、2、3、4和5所述的聯軸器，其特徵在於所說的右端蓋與半聯軸器之間有一間隙e，e＝2～10mm。
7.如權利要求6所述的聯軸器，其特徵在於所說的鋼球可用園柱鋼棒或鐵棒代替，鋼棒或鐵棒的長度略小於葉片寬度。
8.如權利要求7所述的聯軸器，其特徵在於在轉子左端面上固定一個能與左端蓋上的斜面摩擦的彈簧片。
9.如權利要求1、2、3、4和5所述的聯軸器，其特徵在於軸瓦14為採用粉末冶金製成的含油軸瓦。
專利摘要本實用新型創造為一種機械式的節能和過載保護裝置，屬於機械傳動技術領域。該聯軸器由轉子、葉片、殼體和鋼球組成，鋼球分裝在由轉子與殼體所圍的由葉片分隔的空腔內。轉子與電機軸相聯，殼體與減速器或工作機輸入軸相聯，可取代普通的聯軸器，實現工作機的軟起動。本實用新型創造的聯軸器適用於帶負載起動的機器，其起動性能好，節省能源和設備投資，並可以調節所要傳遞的扭矩。
文檔編號F16D7/00GK2041748SQ88221130
公開日1989年7月26日 申請日期1988年12月17日 優先權日1988年12月17日
發明者談嘉禎 申請人:北京科技大學機械工程研究所