機械軟啟動器的製作方法
2024-02-02 18:37:15 2
專利名稱：機械軟啟動器的製作方法
技術領域：
本發明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生的摩擦轉矩來傳遞功率的一種機械軟啟動器的結構改良。
背景技術：
本專利申請人曾於2001年申請了名為「離心式限矩型鋼球聯軸器」的實用新型和發明專利(專利號01209432.4，申請號01108396.4，國際申請號PCT/CN02/00160)。它主要是將星輪與電動機主軸聯接，是傳遞功率的主動件；負載與半體、左蓋、右蓋、摩擦殼、壓蓋等相聯成一體，成為鋼球聯軸器的被動體；鋼球散體和紅丹粉混合組成傳動介質均布與摩擦殼和星輪葉片分割的扇形空腔內；在星輪葉片間的軸體上設有阻合器。工作時，電動機帶動星輪並把傳動介質拋向摩擦殼內壁和左、右蓋側面產生摩擦轉矩。當其大於負載的阻轉矩時，就拖動被動體旋轉實現功率傳遞；當其小於負載的阻轉矩時，就不能拖動被動體而實現電動機的空載軟啟動，或過載保護功能，或多機驅動協調功能。但仍存在下述缺點1.因涉及電動機和負載聯接的主軸尺寸的範圍大，從而其系列型譜的型號規模多達數百種，只能以銷定產，單件生產銷售，供貨周期長，成本高，無法組織規模大生產，不適應國內外的需求，尤其制約了國際市場的開拓。2.結構長度比一般普通聯軸器長，給客戶已有設備技術創新改造帶來了困難和不可行性。3.結構上組成尺寸鏈的環節多，積累誤差大，造成其安裝找正基準對電動機主軸中心線的同軸度誤差大，傳動質量下降。4.安裝、拆卸時通過強制打壓實施的，容易損壞聯軸器或破壞柔性聯接，導致傳動功能失效。
本發明克服了現有技術的上述不足，提供一種結構合理，通用性好，適合規模生產，並能滿足國內，特別是國際市場即時需求的機械軟啟動器。
本發明同時解決了現有技術所存在的適用性和可靠性欠高，傳動質量欠好，裝卸不甚簡便等方面的技術問題。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的包括與原動機主軸相連的設有葉片的星輪和設於其外並與左右蓋相連的摩擦殼以及置於其間的鋼球離心體，星輪葉片間的軸體上設有若干個阻合器，其特徵是在所述星輪軸體內設有錐孔，其上設有與之相配置的錐套；所述錐套半徑上設有開口；所述錐套和設於其上的鍵槽與電動機主軸相配接。
在本發明中，為了實現了一種星輪能和多種電動機主軸徑配套的目的，錐套與星輪錐孔配合的尺寸固定不變，但錐套的內孔和鍵槽則按電動機主軸直徑加以選擇。
作為優選，所述的左蓋和右蓋在靠近星輪軸的部分設有突起，星輪葉片為T形結構，其形狀與左蓋、右蓋和摩擦殼所圍成的腔體相適應。這樣就實現了在保證有效寬度的前提下，縮短本發明的結構長度。
通過上述對星輪的有效直徑和有效寬度兩個參數進行系列優化設計，在保證匹配功率3～5600kw和輸入轉速500～3000r/min傳動參數不變和傳動介質的填充係數在允許範圍的前提條件下，採用調整有效直徑，壓縮有效寬度的級數措施，再加上一種星輪和多種電動機主軸徑配套的實現，這樣就將原系列數百個型號規格壓縮為本發明的十多個。
作為優選，所述的T形星輪葉片基部的兩側設有筋環。以加強抗彎和兩側的抗扭強度，並阻止紅丹粉滲入軸承。
作為優選，所述的星輪軸體的長度與配套的電動機群中最小主軸長度之差L為20mm～60mm；且相鄰兩端面的安裝距離為2～6毫米。本發明與主軸長度大的電機聯接時，星輪軸端與電機主軸臺肩保持一段距離。留出L的目的是當電動機或負載主軸伸入其間，且相鄰兩端面的安裝距離為2～6毫米時，便可實現已有設備技術創新改造時與原來較短普通聯軸器互換的目的。
作為優選，所述的開口為徑向設置的開口，其大小為1～4毫米；並在錐套的內側設有軸向槽體。這樣就可以使錐套能夠方便地固定在錐孔內。
作為優選，所述的左蓋通過柱銷與半體連成一體，半體外端面設有擋板並用螺栓緊固在半體上，以限制柱銷外竄；所述半體設有錐孔，其上設有與之相配置的錐套；所述錐套和其上鍵槽與負載主軸相配接。
作為優選，所述的錐套與錐孔的界面上設有2～10個鎖緊孔和1～4個拉出孔。
作為優選，所述的鎖緊孔在星輪錐孔上為深長螺紋孔，在錐套軸體上為直孔；所述的拉出孔在星輪錐孔上為淺直孔，在錐套軸體上為深長的螺紋孔。
此外星輪軸體的左端與左蓋間設有滾珠軸承，滾珠軸承以壓蓋和螺釘緊固；所述的星輪軸體的右端與右蓋間設有滾針軸承，滾針軸承以擋圈限位。滾針軸承在安裝時起到徑向定位，軸向不定位的作用，可以方便裝卸；滾珠軸承在軸向和徑向都起到定位作用。由於星輪左端與軸承配合軸徑和與錐套配合的錐孔，和左蓋安裝找正基準圓與軸孔配合孔，以及右蓋軸承配合孔和與錐套配合的外圓均是在一次工藝安裝中加工完成的，同軸度高；另外半體的安裝找正基準圓和與錐套配合的錐孔也是在一次工藝安裝中加工完成的，同軸度高，從而提高了傳動系統的平穩性和可靠性，傳動質量好。
在本發明中，與星輪和半體配套的錐套在鎖緊前，其內孔與電動機或負載主軸為鬆動配合。當星輪或半體隨錐套推入主軸上後，按規範要求的扭矩擰緊錐套上的螺釘即可實現可靠的聯接，實現功率傳遞。拆卸時，只需擰下鎖緊的螺釘，再擰入有螺紋孔的錐套內的拉出孔即可拉出錐套，鬆開主軸，實現簡單方便的拆卸。
因此，本發明提出的機械軟啟動器具有以下優點1.實現了一種星輪能和多種電動機主軸徑配套的目的，將原系列數百個型號規格壓縮為本發明的十多個。2.產品主體可以實現規模生產，可以備有一定數量的存儲，供貨時，只需根據客戶提供的訂貨數據，選擇相應的錐套和阻合器，再按電腦提供的數據填充傳動介質便可即時供貨，大大地提高地供貨時間，提高了生產效率。3.結構長度與現有設備兼容性好，有利於客戶在現有設備的基礎上進行的技術改造。4.傳動過程平穩和可靠，傳動質量好，且拆卸與安裝都十分方便。
附圖1是本發明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是本發明和電動機以及幾種常見工作機的配合特性圖；附圖4是本發明和普通聯軸器在啟動過程的能耗對比圖；附圖5是本發明啟動時其主、被動軸的接合過程。
具體實施例方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1星輪10通過其軸孔內的錐套1與電動機聯接，星輪是本發明的主動件。在星輪軸體左端的外圓上設有軸承4，並安裝在左蓋7的軸承孔內，再以壓蓋2和螺釘3緊固限位和密封。星輪軸體右端的外圓與軸承14配合，軸承安裝在右蓋12的軸承孔內，並用擋圈13限位。在星輪軸體兩端與左，右蓋配合的外圓上分別設計密封圈15，用以防止紅丹粉滲入軸承。星輪軸體中部設有T形葉片27，其凹入的兩側設有筋環29。在星輪葉片間軸體為六方體，其上設有組合器22。在左蓋，右蓋之間和星輪葉片的有效直徑上設有摩擦殼8，並用緊固件5、16聯接一體。在左蓋，右蓋和摩擦蓋殼圍成的包容面和星輪葉片被包容面的空腔內填充有一定數量的傳動介質11，另外在包容面和被包容面之間的周邊設有不相接觸的間隙，並借軸承4和14構成本發明的「柔性聯接」以實現其傳動功能。在摩擦殼的外圍設有檢測塞9，以定期隨機抽查鋼球磨損量和彌補填充鋼球。在錐套與星輪的配合錐面扇上設有2～10個鎖緊孔25和1～4個拉出孔26。在錐套半徑上設有徑向設置的開口28，其大小為2mm。鎖緊孔25在星輪錐孔24上為長螺紋孔，在錐套錐體上則為直孔，通過擰緊鎖緊孔內的內六角螺釘，將錐套壓緊在星輪錐孔內，同時錐套半徑上的開口28收縮，錐套和其上鍵槽23將電動機或負載主軸鎖緊並實現功率傳遞。拉出孔在星輪內錐孔上為淺直孔，而在錐套外錐體上則為深長的螺紋孔，當將鎖緊孔中的螺釘卸下來，再擰入拉出孔時，就將錐套拉出，同時鬆開與主軸的聯接。以上星輪、左蓋、右蓋、摩擦殼、壓蓋、擋圈、軸承、傳動介質和緊固件等一同組成本發明的右總成。
半體21通過鎖緊錐套與負載主軸聯接，半體與右總成之間通過柱銷18連成一體，並借擋板19和螺栓20防止柱銷軸向竄出。以上便是組成為本發明，其中星輪為主動件，而其餘則組成被動體。
實施例2所述組合器22是對離心式限矩型鋼球聯軸器的組合器實施了技術改良，即將原阻合器的鐵氧磁體瓦形永磁塊，改為釹鐵硼強磁體矩形永磁塊。該磁塊磁力為前者的10倍，體積小，佔用空間小，並可替代原閘塊式阻合器應用與2極或4極大型電動機的傳動。
本發明在工作時，由電動機帶動星輪旋轉，傳動介質在星輪葉片帶動下受離心力和阻合器阻力雙重作用下，延時並逐步分批被拋向摩擦殼內壁和左右蓋側面，並產生摩擦轉矩來傳遞功率。當摩擦轉矩MF大於負載的阻轉矩ML時，便平穩可靠地拖動正在運行的負載穩態勻速運行，或啟動原來靜止的負載並加速至工作轉速進入穩態運行工況。否則就使正在運行的負載轉速下降甚至堵轉(過載打滑)，或不能啟動負載並保持其原來靜止狀態，而空載軟啟動電動機(啟動打滑)。
下面結合附圖3-5詳細敘述本發明的各項性能。
一、空載軟啟動性能。實現電動機空載軟啟動的條件是軟啟動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。附圖5為本發明電動機和工作機的轉速一時間關係曲線圖(n-t圖)，曲線Ia表示電動機啟動過程中轉速隨時間變化的關係，曲線Ib表示工作機啟動過程的轉速隨時間變化的關係。啟動時，當電動機轉速nd≤nt時，MF≤ML，負載保持原有靜態，而電動機則近似帶星輪率先空載啟動，曲線Ia的OA段平穩快速上升，至(0.85-0.9)nk。本發明柔性聯接處打滑，且在nt時滑差最大，轉速變化如曲線Ia的AB段，轉速由(0.85-0.9)nk升至nk。當nd＞nt時，則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，柔性聯接處滑差減小直至完全同步，由柔性聯接轉為剛性聯接，轉速變化如曲線Ia的BC段，降至nF。而工作機在第二步啟動階段開始至剛性聯接如曲線Ib的O1A1C段一直平穩上升，接著電動機和負載以共同的轉速一起上升到穩定運行工況，如圖5的CD段。因此，nt愈大空載軟啟動性能就越好。而nt的高低與啟動器和工作機配合的外特性有直接影響。
附圖3為轉矩一轉速關係曲線圖(M-n圖)。本發明若不設阻合器時，其外特性函數式MF＝f(n2)，其圖形是通過笛氏坐標原點的二次拋物線OA1F。而工作機類型有離心型M1＝f(n2)，等斜率型M1＝f(n)，衡轉矩型M1＝常數，衡功率型M1＝f(n-1)等。以離心式工作機為例，其外特性為一條通過笛氏坐標的縱坐標上的O2點的二次拋物線O2A1K，若本發明不設阻合器時，兩者外特性交點為A1，該點對應的轉矩ML1和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，由於啟動附加轉矩(即MF1-ML1)很小，從而拖長負載啟動過程，推遲工作機投入穩態運行。當本發明設置阻合器後，在啟動過程中可使傳動介質經受離心力和阻合器阻力的雙重作用下，其外特性圖形便改善為按O1BFC變化，並使交點A1提升至A2，而A2交點對應的負載啟動臨界轉速nt2＞nt1，從而達到nt大幅度提高的空載軟啟動性能的好效果(參見附圖3)。
附圖4為本發明啟動過程和普通聯軸器啟動過程電流的對比圖(I-t圖)。曲線I表示使用本發明的電流變化，曲線II表示使用普通聯軸器的電流變化。曲線I中電機啟動輸出電流IQ在空載段急劇線性下降至0.7IQ，在柔性聯接階段先以大幅非線性下降至Ik，此時滑差最大，然後又緩慢上升；在剛性聯接階段下降至工作電流Ik。曲線II始終是緩慢下降，直至降至工作電流Ik。實驗證明本發明啟動過程的能耗僅為普通聯軸器的20％～25％。
二、關於過載保護性能(參見附圖3)。本發明與電動機配合，並使兩者外特性圖形的交點為F，該點介於電動機最大轉矩Mm和額定轉矩Mk之間，對應轉速為nF，這樣本發明既具備了對電動機過載保護性能，又能發揮其瞬時允許超載的特點。電動機在額定工況T作時，轉矩Mk和轉速nk，這時本發明具備的摩擦轉矩Mc＝kMk，轉矩備用係數K＞1，本發明呈剛性聯接，能平穩可靠傳遞功率，保證傳動速比恆定不變。當電動機輸出轉矩隨負載阻轉矩由Mk增至本發明過載保護的安全限矩值[MF]時，轉速則由nk稍降至nF，而本發明的摩擦轉矩則由Mc急降至[MF]，轉矩儲備係數降為K＝1，並在F點出現「滑差」趨勢，剛性聯接開始轉變為柔性聯接。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。然而，長期過載打滑會導致摩擦副發熱退火失效和柔性聯接破壞而最終也會燒毀電動機。為此，對於頻率嚴重長期過載運行工況和遠程自動控制場合，要設置紅外線打滑檢測裝置加以監控，當過載打滑使工作機轉速低於其工作轉速10％～20％時，便輸出信號，報警和停車。對於偶爾過載堵轉場合，本發明的柱銷也能防止過載打滑造成的過熱，當溫度升至165攝氏度時，柱銷便可軟化剪斷而停車。
三、關於協調多機驅動負荷分配和同步傳動性能。該性能實質就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交點設計在[MF]極點F的下方而已。協調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
1.一種機械軟啟動器，包括與原動機主軸相連的設有葉片的星輪和設於其外並與左右蓋相連的摩擦殼以及置於其間的鋼球離心體，星輪葉片間的軸體上設有若干個阻合器，其特徵是在所述星輪軸體內設有錐孔(24)，其上設有與之相配置的錐套(1)；所述錐套(1)半徑上設有開口(28)；所述錐套(1)和設於其上的鍵槽(23)與電動機主軸相配接。
2.根據權利要求1所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的左蓋(7)和右蓋(12)在靠近星輪軸的部分設有突起，星輪葉片(27)為T形結構，其形狀與左蓋(7)、右蓋(12)和摩擦殼(8)所圍成的腔體相適應。
3.根據權利要求2所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的T形星輪葉片(27)基部的兩側設有筋環(29)。
4.根據權利要求1所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的星輪軸體的長度與配套的電動機群中最小主軸長度之差L為20mm～60mm；且相鄰兩端面的安裝距離為2～6mm。
5.根據權利要求1所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的開口(28)為徑向設置的開口，其大小為1～4毫米，並在錐套(1)的內側設有軸向槽體(30)。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的左蓋(7)通過柱銷(18)與半體(21)連成一體，柱銷上設有擋板(19)和螺栓(20)；所述半體(21)設有錐孔(24)，其上設有與之相配置的錐套(1)；所述錐套(1)和其上鍵槽(23)與負載主軸相配接。
7.根據權利要求1或2或3或4或5所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的錐套(1)與錐孔(24)的界面上設有2～10個鎖緊孔(25)和1～4個拉出孔(26)。
8.根據權利要求7所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的鎖緊孔(25)在星輪錐孔(24)上為深長螺紋孔，在錐套(1)軸體上為直孔；所述的拉出孔(26)在星輪錐孔(24)上為淺直孔，在錐套(1)軸體上為深長的螺紋孔。
9.根據權利要求1或2或3或4或5所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的星輪軸體的左端與左蓋(7)間設有滾珠軸承(4)，滾珠軸承以壓蓋(2)和螺釘(3)緊固；所述的星輪軸體的右端與右蓋(12)間設有滾針軸承(14)，滾針軸承(14)以擋圈(13)限位。
10.根據權利要求7所述的機械軟啟動器，其特徵是在所述的星輪軸體的左端與左蓋(7)間設有滾珠軸承(4)，滾珠軸承以壓蓋(2)和螺釘(3)緊固；所述的星輪軸體的右端與右蓋(12)間設有滾針軸承(14)，滾針軸承(14)以擋圈(13)限位。
全文摘要
本發明涉及一種對柔性機械軟啟動聯軸器的結構改良。它主要包括與原動機主軸相連的設有葉片的星輪和設於其外並與左右蓋相連的摩擦殼以及置於其間的鋼球離心體，星輪葉片間的軸體上設有若干個阻合器，所述星輪軸體內設有錐孔，其上設有與之相配置的錐套；所述錐套一側設有開口；所述錐套和設於其上的鍵槽與電動機主軸相配接。因此，具有結構合理，軟啟動性能好，結構長度與現有設備兼容性好，可以實現規模生產，傳動過程平穩和可靠，傳動質量好，且拆卸與安裝與十分方便等特點。
文檔編號F16D43/00GK1553062SQ03129049
公開日2004年12月8日 申請日期2003年5月29日 優先權日2003年5月29日
發明者洪中元, 洪華, 洪霞 申請人:洪中元