CN106122312B - 一种机械式耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械式耦合器，属于动力机械传动装置技术领域；由第一半轴器、第二半轴器和耦合件三部分组成；第一半轴器由半轴器I(1)、外环(3)、铰制螺钉(10)构成，与负载端设备输入轴连接；第二半轴器由半轴器II(5)、压盖(4)、毡垫(8)、联接螺钉(9)构成，与原动机输出轴连接；耦合件由耦合子(2)、弹簧(6)、螺钉(7)构成，作为中间传动部件在第一半轴器、第二半轴器间传动。对比已有技术，本发明耦合器可以将原动机带载起动转变为近似空载起动，减小对负载设备的尖峰冲击载荷；同时可实现过载保护，负载恢复正常后，自动切入正常运行状态，整个保护过程较平稳、可靠，进一步扩展了装置的适用转速范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械式耦合器，属于动力机械传动装置技术领域。
背景技术
永磁同步电机相对常规同步电机而言，具有效率高、功率因数高、运行频带宽等优点，但永磁同步电机带载起动时脉动冲击大，造成负载设备、耦合器及电机轴承的冲击破坏，严重影响电机整体的可靠性及市场推广。若将永磁同步电机空载起动后再与负载设备连接，此时由于电机输出转矩已基本达到平稳状态，与负载设备连接时将大大降低电机与负载之间的冲击载荷，达到保护负载设备、耦合器与电机轴承的目的。目前，国内通常使用钢球式启动安全耦合器来实现无转差传动，同时具有软启动、过载保护功能，适用于一定转速范围内系统配套，但这种耦合器结构复杂，制造成本高、维护费用大,影响其市场推广。
发明内容
本发明是为了解决永磁同步电动机带载起动时因脉动转矩大造成负载设备、耦合器及电机轴承冲击损坏问题，提出的一种新型机械式安全耦合器。
本发明提出一种利用耦合子的离心力和弹簧的弹性力的合力分力来传递运动和扭矩，可实现软起动、过载保护功能，起动、过载保护时均采用高摩擦副的滚动摩擦方式，可以适应较长时间打滑的机械式安全耦合器。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种机械式耦合器，由第一半轴器、第二半轴器和耦合件三部分组成；所述第一半轴器由半轴器I1、外环3、铰制螺钉10构成，与负载端设备输入轴连接；所述第二半轴器由半轴器II5、压盖4、毡垫8、联接螺钉9构成，与原动机输出轴连接；所述耦合件由耦合子2、弹簧6、螺钉7构成，作为中间传动部件在第一半轴器、第二半轴器间传动；
连接关系
首先将耦合子2用螺钉7与弹簧6连接，再通过螺钉7固定在半轴器Ⅱ5矩形槽内；然后将半轴器Ⅱ5插入外环3内，用铰制螺钉10将半轴器I1与外环3连为一体；将毡垫8安装于压盖4的油封槽中，然后用联接螺钉9把压盖4与外环3连接，形成机械式起动安全耦合器。
有益效果：
本发明提出的装置，重点在于外环3的啮合槽设计、耦合子2质量及弹簧6弹性系数的计算；通过对啮合槽槽形的优化设计使啮合点处获得最佳传递压力角，根据负载转矩等参数选择适当的耦合子2质量和弹簧6的弹性系数及工作点，可以使带载起动过程更平稳，使过载保护更有效；通过合理匹配，在转速较低时，耦合子2在离心力和弹簧6的弹性力共同作用下，仍可以实现正常传递扭矩及过载保护的功能，尤其在过载保护时，采用高副摩擦副可有效降低传动件的磨损与发热，大大延长了装置的使用寿命。
本发明提出的装置，对比已有技术，可以将原动机带载起动转变为近似空载起动，减小对负载设备的尖峰冲击载荷；同时可实现过载保护，负载恢复正常后，自动切入正常运行状态，整个保护过程较平稳、可靠。尤其是进一步扩展了装置的适用转速范围，具有很好的推广前景。
附图说明
图1为本发明轴向剖视图；
图2为图1中A-A剖面图；
图3为图1中I局部视图；
图4为图1中C-C局部剖视图；
图5为耦合子2结构图；
图6为外环3结构图；
图7为半轴器Ⅱ5结构图；
图8为弹簧6结构图。
附图标记：1-半轴器I，2-耦合子，3-外环，4-压盖，5-半轴器Ⅱ，6-弹簧，7-螺钉，8-毡垫，9-联接螺钉，10-铰制螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。
如图1、图2、图3和图4所示，一种机械式耦合器，由第一半轴器、第二半轴器和耦合件三部分组成。所述第一半轴器由半轴器I1、外环3、铰制螺钉10构成，与负载端设备输入轴连接；所述第二半轴器由半轴器II5、压盖4、毡垫8、联接螺钉9构成，与原动机输出轴连接；所述耦合件由耦合子2、弹簧6、螺钉7构成，作为中间传动部件。
所述半轴器I1为T型带中心孔轴类零件，中心孔处开设键槽，中心孔与键槽大小根据负载设备参数制定，在最大直径径向截面处开设与外环3相配套的螺钉过孔，该孔为通孔，用于通过铰制螺钉10与外环3固定连接；
所述耦合子2作为运动传递部件，如图5所示，由耦合子本体201、滚柱202组成；滚柱202为鼓形体，耦合子本体201主体为圆柱体，长度与外环3轴向尺寸一致，其下部两端沿轴向各加工一平面并制作连接螺孔用于与弹簧6固定连接；为实现滚动摩擦副，沿轴向方向中心对称建立环形凸起，凸起部分全截面为粮仓型，为减少与外环3的槽两侧的接触摩擦面，凸起部分长度略小于外环3开设的环形槽槽宽，在该凸起部分上方开设小槽301用于安装滚柱202，小槽深度小于滚柱202最大处直径，确保滚柱202安装于小槽中时处于凸出状态，安装后小槽301冲铆收口。
如图6所示，所述外环3轴向尺寸与耦合子2轴向尺寸相等、外径与半轴器I1最大外径相等、内径大于半轴器Ⅱ5最大外径但小于滚柱202安装完毕后最大直径的圆环，在其内径圆周均布开设齿形通槽作为啮合槽，在其轴向中心处沿内径轮廓线开设较滚柱202稍宽的环形槽用于安置滚柱202，在其两端面开设绞制螺纹孔用于利用联接螺钉9将外环3与压盖4连接及利用铰制螺钉10将外环3与半轴器I1连接。
所述压盖4为内径与半轴器Ⅱ5最小外径相等，外径与半轴器I1最大外径相等，轴向尺寸为外环3轴向尺寸约1/2的圆盘，在内径处开设油封口，沿轴向在圆盘上开有通孔，用于利用联接螺钉9将外环3与压盖4连接。
所述半轴器Ⅱ5如图7所示，为T型带中心孔轴类零件，中心孔处开设键槽，中心孔与键槽大小根据负载设备参数制定，在最大直径处均布开设与外环3相配套的矩形槽来容纳耦合子2及弹簧6，在矩形槽底部开设固定弹簧6的螺纹孔。
作为优选，所述弹簧6如图8所示，为对称双∑型结构，在两侧开设矩形窗口，用于提供其与半轴器Ⅱ5安装固位时的工位；双∑上下平面处开设连接过孔，位置分别与耦合子2以及半轴器Ⅱ5上开设的螺钉孔对应，用于固定耦合子2及半轴器Ⅱ5，在双∑单端平面开设矩形槽，用于耦合子2下端凸起插入；
所述耦合子2下部留有一段凸起，宽度、位置与弹簧6开设的矩形槽相对应。
螺钉7、毡垫8、联接螺钉9与铰制螺钉10为标准件。
连接关系：
首先将耦合子2用螺钉7与弹簧6连接，再通过螺钉7固定在半轴器Ⅱ5矩形槽内；然后将半轴器Ⅱ5插入外环3内，用铰制螺钉10将半轴器I1与外环3连为一体；将毡垫8安装于压盖4的油封槽中，然后用联接螺钉9把压盖4与外环3连接，形成机械式起动安全联轴器。
所述的一种起动安全联轴器工作过程如下：
当原动机静止时，耦合子2在弹簧6的作用下，滚柱202外表面402紧贴外环3的沟槽面102或耦合子本体外表面401紧贴外环3的啮合面501。当原动机开始起动时，耦合子2随半轴器Ⅱ5同步旋转，在离心力作用下，沿着半轴器Ⅱ5槽601往外环3处移动，当转入外环3啮合槽时，耦合子本体外表面401紧贴外环3的啮合面501，耦合子2受弹簧的弹力和离心力的合力作用，其切向分力产生扭矩，此时若扭矩足够克服负载转矩，耦合子2便带动外环3和半轴器I1同步旋转；若扭矩不足以克服负载转矩，耦合子2压缩弹簧6，沿着半轴器Ⅱ5槽601向槽底移动，退出外环3啮合槽，滚柱202外表面402紧贴外环3的沟槽面102打滑；随着原动机转速不断提高，耦合子2受离心力逐渐加大，当耦合子2受到离心力足够大时，其产生的扭矩足够克服负载转矩，耦合子2带动外环3和半轴器I1同步旋转进入工作状态。若负载转矩增大至预定过载转矩，通过外环3的啮合面501产生的反作用力大于耦合子2所受的弹力和离心力的合力的切向分力，耦合子2便退出外环3啮合面，滚柱202外表面402紧贴外环3的沟槽面102打滑，直至负载转矩恢复正常后，耦合子2自动转入啮合状态。
本发明的起动安全联轴器根据原动机系统转速、额定扭矩、过载倍数等相关参数进行耦合子质量、弹簧弹性系数及初始工作点的匹配设计，可实现产品系列化和专用配套。
虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种机械式耦合器，其特征在于：由第一半轴器、第二半轴器和耦合件三部分组成；所述第一半轴器由半轴器I(1)、外环(3)、铰制螺钉(10)构成，与负载端设备输入轴连接；所述第二半轴器由半轴器II(5)、压盖(4)、毡垫(8)、联接螺钉(9)构成，与原动机输出轴连接；所述耦合件由耦合子(2)、弹簧(6)、螺钉(7)构成，作为中间传动部件在第一半轴器、第二半轴器间传动；
连接关系：
首先将耦合子(2)用螺钉(7)与弹簧(6)连接，再通过螺钉(7)固定在半轴器Ⅱ(5)矩形槽内；然后将半轴器Ⅱ(5)插入外环(3)内，用铰制螺钉(10)将半轴器I(1)与外环(3)连为一体；最后将毡垫(8)安装于压盖(4)的油封槽中，然后用联接螺钉(9)把压盖(4)与外环(3)连接；
所述半轴器I(1)为T型带中心孔轴类零件，中心孔处开设键槽，中心孔与键槽大小根据负载设备参数制定，在最大直径径向截面处开设与外环(3)相配套的螺钉过孔，该孔为通孔，用于通过铰制螺钉(10)与外环(3)固定连接；
所述耦合子(2)作为运动传递部件，由耦合子本体(201)、滚柱(202)组成；滚柱(202)为鼓形体，耦合子本体(201)主体为圆柱体，长度与外环(3)轴向尺寸一致，其下部两端沿轴向各加工一平面并制作连接螺孔用于与弹簧(6)固定连接；为实现滚动摩擦副，沿轴向方向中心对称建立环形凸起，凸起部分全截面为C型键形状，为减少与外环(3)的槽两侧的接触摩擦面，凸起部分长度略小于外环(3)开设的环形槽槽宽，在该凸起部分上方开设小槽(301)用于安装滚柱(202)，小槽深度小于滚柱(202)最大处直径，确保滚柱(202)安装于小槽中时处于凸出状态，安装后小槽(301)冲铆收口；
所述外环(3)轴向尺寸与耦合子(2)轴向尺寸相等、外径与半轴器I(1)最大外径相等、内径大于半轴器Ⅱ(5)最大外径但小于滚柱(202)安装完毕后最大直径的圆环，在其内径圆周均布开设齿形通槽作为啮合槽，在其轴向中心处沿内径轮廓线开设较滚柱(202)稍宽的环形槽用于安置滚柱(202)，在其两端面开设绞制螺纹孔用于利用联接螺钉(9)将外环(3)与压盖(4)连接及利用铰制螺钉(10)将外环(3)与半轴器I(1)连接；
所述压盖(4)为内径与半轴器Ⅱ(5)最小外径相等，外径与半轴器I(1)最大外径相等，轴向尺寸为外环(3)轴向尺寸约1/2的圆盘，在内径处开设油封口，沿轴向在圆盘上开有通孔，用于利用联接螺钉(9)将外环(3)与压盖(4)连接；
所述半轴器Ⅱ(5)为T型带中心孔轴类零件，中心孔处开设键槽，中心孔与键槽大小根据负载设备参数制定，在最大直径处均布开设与外环(3)相配套的矩形槽来容纳耦合子(2)及弹簧(6)，在矩形槽底部开设固定弹簧(6)的螺纹孔。
2.根据权利要求1所述的一种机械式耦合器，其特征在于：所述弹簧(6)为对称双∑型结构，在两侧开设矩形窗口，用于提供其与半轴器Ⅱ(5)安装固位时的工位；双∑上下平面处开设连接过孔，位置分别与耦合子(2)以及半轴器Ⅱ(5)上开设的螺钉孔对应，用于固定耦合子(2)及半轴器Ⅱ(5)，在双∑单端平面开设矩形槽，用于耦合子(2)下端凸起插入；
所述耦合子(2)下部留有一段凸起，宽度、位置与弹簧(6)开设的矩形槽相对应。
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