CN100340796C - 行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置 - Google Patents

Abstract

行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置由机架、主电机、连轴器、太阳轮、外齿轮轴、顶块、顶头、行星架、行星轮轴、行星轮构件、卡板、外齿轮连接器、内齿轮、半圆卡环、输出轴、减速机构、蜗轮、蜗杆、外花键轴、碟形弹簧、挡板、套筒、压盖、调整压盖、制动器、连轴节、调速电机、传导挡板、双向位移传感器及滚动轴承等连接构成。使用时将作为输出构件的输出轴与大中型功率的提升机、输送机的工作部件相接，将双向位移传感器的信号输出通过导线与主电机控制电路相接。本发明将无级调速、软启动和输出过载限矩保护功能融于一体，传动效率高、噪声小、结构紧凑、性能可靠，尤其是实现了主电机启动电流小于额定电流，避免了系统对电网的冲击。

Description

行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置

技术领域

本发明涉及一种用于大中型提升机、输送机等设备上进行调速、软启动以及过载限矩保护的装置，具体地说，涉及一种行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置。

背景技术

目前国内对大中型提升机、输送机等设备进行调速的方式和装置很多，比如变频调速、变电阻调速、摩擦调速、液压调速等。在电器控制上一般都是采用控制主电机转速或转矩差来达到双向无级调速的目的，并能保证机械传动系统的平滑过渡。但是对于主电机来说，由于启动堵转矩惯量的影响，造成启动电流大于额定电流而形成对电网的冲击，因此必须要求大中型功率电机空载启动电流小于额定电流而实现软启动，所以也就成为各种调速方式和装置都必须首要解决的难题。现有变频调速装置虽然实现了软启动，然而大功率的变频控制器价格极为昂贵，并且其中的电路和电子元器件维修起来困难，维护成本高；变电阻调速虽说也能实现软启动，但缺点是电能消耗大，功率越大则使用成本越高，控制系统也越复杂，占用空间就越大，并且还不能解决防爆的问题；摩擦调速只适用于小功率，当使用在大功率时，摩擦制动力矩大，摩擦发热问题无法解决，因此摩擦调速方式对于大中型功率主电机来说，谈不上软启动；至于现有液压调速，虽说能实现软启动，但缺点是设备易泄漏、噪声大、温度高、对环境有污染，提升效率低、故障多，总体上讲是工作性能不佳。

此外，很多调速装置都必须解决一个对输出过载进行限矩保护的问题，而现有技术通常是采用液力偶合器来实现。但问题是液力偶合器本身体积庞大，功率损耗大，内部结构复杂，特别是当易熔塞熔化之后，高温油液高速喷出，可能危及设备和人身安全。

综观现有上述各种调速装置可见，没有一种调速装置既可做到在保持主电机转速不变的情况下，实现输出转速双向无级调速且平滑过渡；又能使得大中型功率主电机启动电流小于额定电流而实现软启动；同时还具备输出过载限矩保护功能；并且还能做到结构简单、工作性能可靠、制造和使用维护成本较低等。

发明内容

为了解决现有大中型调速装置存在着的上述不能同时实现双向无级调速平滑过渡、软启动和输出过载限矩保护功能且又结构复杂、工作性能不佳、制造和使用维护成本较高的问题，本发明的目的，乃是提供一种可同时实现双向无级调速平滑过渡、软启动和输出过载限矩保护功能且又结构简单、工作性能可靠、制造和使用维护成本较低的行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置。

本发明的解决方案如下。它仍然包括有机架、主电机和连接在主电机转轴上的连轴器，而其在结构上的特征之处是，在机架内装有一外齿轮轴和第一太阳轮，外齿轮轴以其外齿齿向连接第一太阳轮的内齿以构成齿隙浮动，外齿轮轴的一端由滚动轴承固定于机架上并伸出机架外与连轴器相连，另一端由滚动轴承固定于第一行星架的孔内，在外齿轮轴与第一行星架孔内分别固定有顶块和顶头，顶块与顶头相顶接以进行两者的轴向定位，第一行星架的空心端用滚动轴承固定于机架上；在第一行星架上绕圆一周各通过行星轮轴固定有数量至少为两组的行星轮构件，每组行星轮构件由一行星轮和位于行星轮孔内两端的滚动轴承及挡圈构成，滚动轴承及挡圈则固定在相应的行星轮轴上，每个行星轮均与第一太阳轮外啮合，每一行星轮轴的外端部开设有一卡板槽且有一卡板卡于槽内，然后将此卡板与行星架的实心端相固连，以将行星轮轴进行径向及轴向定位；具有一位于机架内的第一外齿轮连接器，第一行星架的实心端用滚动轴承固定于第一外齿轮连接器一端的孔内，第一外齿轮连接器的外齿端与第一内齿轮相齿向连接以构成径向齿隙浮动，两个半圆卡环卡入第一外齿轮连接器端部圆周径向开设的切槽内，且两半圆卡环的端面固定于第一内齿轮的一端以进行轴向定位，第一内齿轮与每组行星轮构件的行星轮都相内啮合，在机架内具有一采用轴承装在机架上且伸出机架外的输出轴，在第一外齿轮连接器另一端与输出轴之间连接有一级或多级减速机构，其中多级减速机构由不同传动类型的减速器构成；具有一位于机架内且固定于第一行星架上的蜗轮，一蜗杆与该蜗轮相外啮合，蜗杆通过内花键与一外花键轴相连接，外花键轴的两端分别用滚动轴承支撑于机架内，蜗杆的一端与其中一个滚动轴承之间的外花键轴上装有碟形弹簧和挡板，该端的滚动轴承外端依次压接有套在外花键轴外和机架开孔内的套筒、轴承和压盖，且压盖固定在机架上，伸出该压盖开孔外的外花键轴上连接有一带有制动轮的连轴节，连轴节的径向装有一个制动器，该连轴节与一调速电机相连接，蜗杆的另一端与另一滚动轴承之间的外花键轴上装有碟形弹簧和传导挡板，该端的滚动轴承外端依次压接有套在机架开孔内的套筒和调整压盖，且调整压盖固定在机架上，在该端的外花键轴内开设有孔且在孔内置有一双向位移传感器，该双向位移传感器的内端顶住传导挡板，其外端则穿过套筒内部以及调整压盖上的开孔而显露在调整压盖的端面之外。

具有上述结构的本发明在安装使用时，应将大中型功率的提升机、输送机的工作部件与本发明作为输出部件的输出轴相连接，并将双向位移传感器上的位移传感信号输出端通过导线连接到主电机外接的控制电路中，然后才可进行工作。

工作时，当调速电机慢速启动(此时连轴节上的制动器同时退距开闸)，蜗杆输出带动蜗轮所连接的差动机构中的第一行星架转动，经行星轮使第一太阳轮转动，再通过外齿轮轴驱动主电机转动。当调速电机逐渐加速到控制转速时，主电机随之加速到额定转速，实现了增速平滑过渡，克服了主电机启动时的堵转矩惯量，采用这种转化软启动技术实现了机械传动设备和主电机的软启动。主电机达到额定转速时，它被自动接通电源，调速电机和主电机的转速基本上是平衡的。主电机在转向不变的情况下原路返回输出，带动第一太阳轮作为输入，这就形成了一种两个输入转速差平衡合流的转动状态，使第一行星架差动空转，第一外齿轮连接器输出为零。利用蜗杆传动能自锁的特性，将调速电机的转速逐渐减速到零，此时调速电机和连轴节上的制动器同时被自动断电，制动器制动使差动转速逐渐减速到零，同时第一外齿轮连接器带动数量至少为一级的减速机构经输出轴输出，逐渐增速至额定转速，实现了输出由零到额定转速的加速平滑过渡。当输出轴输出达到额定转速以后需要减速时，则可手动启动调速电机，且让其转速由慢变快，逐渐增速到控制转速，输出轴输出则由额定转速逐渐减速到零，且是平滑减速。这样便实现了输出轴的由零到额定转速、以及由额定转速到零的加、减速双向无级调速。

本发明行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置中的限矩功能是这样来实现的，即当输出轴输出过载时，过载转矩力的反作用力通过数量至少为一级的减速机构、第一外齿轮连接器、第一内齿轮使得差动第一行星架的圆周转矩力增大，经固定于第一行星架上的蜗轮传递至蜗杆，使蜗杆的轴向力增大并移位，压缩碟形弹簧而使传导挡板移位，于是触动双向位移传感器位移并发出信号，使得主电机停机，从而实现了过载限矩的目的。

本发明是一种解决大中型功率提升机、防爆提升机、刮板输送机、带式输送机、采煤机等需要调速软启动和过载保护功能的装置，同样适用于调速软启动的其它场所，如建材业、冶金工业、船泊工业等。

本发明具有如下有益的效果：①将无级调速、转化软启动和输出过载限矩保护功能融于一体，是一种多功能一体化的传动装置；②采用内齿轮和太阳轮同时浮动，传动效率高、噪声小、结构紧凑、性能可靠；③采用双向可控无级调速，可工作在任意设定的速度上；④以小功率的调速电机调控大功率的主电机并实现转化软启动，不仅能够大幅度减轻传动系统本身受到的启动冲击，延长关键零部件的使用寿命，同时还能实现主电机空载启动电流小于额定电流，避免系统启动时对电网的冲击，减少供电设施不必要的设备投资；⑤设置了过载限矩装置，实现了输出过载限制保护，确保了安全运行，可获得良好的社会效益。

附图说明

图1为本发明一种具体结构的正向剖视图；

图2和图3分别为图1的A-A和B-B剖视图。

具体实施方式

参见图1至图3。本发明包括有机架21，主电机1和连接在主电机1转轴上的连轴器2，在机架21内装有外齿轮轴6和第一太阳轮8，外齿轮轴6以其外齿齿向连接第一太阳轮8的内齿以构成齿隙浮动，外齿轮轴6的一端由滚动轴承3固定于机架21上并伸出机架21外与连轴器2相连，另一端由滚动轴承16固定于第一行星架27的孔内，在外齿轮轴6与第一行星架27孔内分别固定有顶块24和顶头25，顶块24与顶头25相顶接以进行两者的轴向定位，第一行星架27的空心端用滚动轴承4固定于机架21上；在第一行星架27上绕圆一周各通过行星轮轴15固定有三组行星轮构件，每组行星轮构件由行星轮12和位于行星轮12孔内两端的滚动轴承9及挡圈10构成，滚动轴承9及挡圈10则固定在相应的行星轮轴15上，每个行星轮12均与第一太阳轮8外啮合，每一行星轮轴15的外端部开设有一卡板槽且有一卡板13卡于槽内，卡板13用螺栓14与第一行星架27的一端相固连，以将行星轮轴15进行径向及轴向定位；具有一位于机架21内的第一外齿轮连接器26，第一行星架27的实心端用滚动轴承22固定于第一外齿轮连接器26一端的孔内，第一外齿轮连接器26的外齿端与第一内齿轮11相齿向连接以构成径向齿隙浮动，两个半圆卡环28卡入第一外齿轮连接器26端部圆周径向开设的切槽内，且两半圆卡环28的端面用螺栓29固定于第一内齿轮11的一端以进行轴向定位，第一内齿轮11与三组行星轮构件的行星轮12都相内啮合，在机架21内具有采用轴承18装在机架21上且伸出机架21外的输出轴20，在第一外齿轮连接器26另一端与输出轴20之间连接有一级或多级减速机构，其中多级减速机构由不同传动类型的减速器构成；具有一位于机架21内用螺栓5固定于第一行星架27上的蜗轮7，一蜗杆38与该蜗轮7相外啮合，蜗杆38通过内花键与一外花键轴40相连接，外花键轴40两端分别用滚动轴承41、44支撑于机架21内，蜗杆38的一端与滚动轴承41之间的外花键轴40上装有碟形弹簧36和挡板39，滚动轴承41的外端依次压接有套在外花键轴40外和机架21开孔内的套筒46、轴承45和压盖47，且压盖47用螺栓48固定于机架21上，伸出压盖47开孔外的外花键轴40上连接有一带制动轮的连轴节42，连轴节42径向装有一个制动器30，连轴节42与一调速电机31相连接，蜗杆38的另一端与轴承44之间的外花键轴40上装有碟形弹簧43和传导挡板37，滚动轴承44的外端依次压接有套在机架21开孔内的套筒35和调整压盖34，且调整压盖34用螺栓32固定于机架21上，在该端的外花键轴40内开设有孔且在孔内置有一双向位移传感器33，该双向位移传感器33的内端顶住传导挡板37，其外端穿过套筒35内部以及调整压盖34上的开孔而显露在调整压盖34的端面之外。调速电机31可采用市购YSP系列电机，双向位移传感器33可采用市购PMI系列传感器。

参见图1。前所述及的在第一外齿轮连接器26与输出轴20之间连接有一级或多级减速机构，其中多级减速机构由不同传动类型的减速器构成，在图中实施例的数量为一级，且该一级减速机构为包括第二外齿轮连接器171、第二内齿轮172、第二行星架173、数量至少为两组的行星轮轴174及行星轮构件175等连接构成的行星减速器17(此为现有技术)。该行星减速器17对外的连接关系是，第二行星架173与输出轴20制作连接成一体，第二外齿轮连接器171用螺栓19固定在机架21上，前所述及的第一外齿轮连接器26采用数量至少为一个的轴承23固定在该行星减速器17的第二外齿轮连接器171的开孔内，且前所述及的第一外齿轮连接器26的一端加工成第二太阳轮261而与该行星减速器17的每组行星轮构件175的行星轮相外啮合。

参见图2与图3。图中实施例将机架21做成两部分，它们之间用螺栓49相连接。

Claims (3)

1、一种行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置，包括有机架、主电机和连接在主电机转轴上的连轴器，其特征在于：

A)在机架内装有一外齿轮轴和第一太阳轮，外齿轮轴以其外齿齿向连接第一太阳轮的内齿以构成齿隙浮动，外齿轮轴的一端由滚动轴承固定于机架上并伸出机架外与连轴器相连，另一端由滚动轴承固定于第一行星架的孔内，在外齿轮轴与第一行星架孔内分别固定有顶块和顶头，顶块与顶头相顶接以进行两者的轴向定位，第一行星架的空心端用滚动轴承固定于机架上；

B)在第一行星架上绕圆一周各通过行星轮轴固定有数量至少为两组的行星轮构件，每组行星轮构件由一行星轮和位于行星轮孔内两端的滚动轴承及挡圈构成，滚动轴承及挡圈则固定在相应的行星轮轴上，每个行星轮均与第一太阳轮外啮合，每一行星轮轴的外端部开设有一卡板槽且有一卡板卡于槽内，然后将此卡板与第一行星架的实心端相固连，以将行星轮轴进行径向及轴向定位；

C)具有一位于机架内的第一外齿轮连接器，第一行星架的实心端用滚动轴承固定于第一外齿轮连接器一端的孔内，第一外齿轮连接器的外齿端与第一内齿轮相齿向连接以构成径向齿隙浮动，两个半圆卡环卡入第一外齿轮连接器端部圆周径向开设的切槽内，且两半圆卡环的端面固定于第一内齿轮的一端以进行轴向定位，第一内齿轮与每组行星轮构件的行星轮都相内啮合，在机架内具有一采用轴承装在机架上且伸出机架外的输出轴，在第一外齿轮连接器另一端与输出轴之间连接有一级或多级减速机构，其中多级减速机构由不同传动类型的减速器构成；

D)具有一位于机架内且固定于第一行星架上的蜗轮，一蜗杆与该蜗轮相外啮合，蜗杆通过内花键与一外花键轴相连接，外花键轴的两端分别用滚动轴承支撑于机架内，蜗杆的一端与其中一个滚动轴承之间的外花键轴上装有碟形弹簧和挡板，该端的滚动轴承外端依次压接有套在外花键轴外和机架开孔内的套筒、轴承和压盖，且压盖固定在机架上，伸出该压盖开孔外的外花键轴上连接有一带有制动轮的连轴节，连轴节的径向装有一个制动器，该连轴节与一调速电机相连接，蜗杆的另一端与另一滚动轴承之间的外花键轴上装有碟形弹簧和传导挡板，该端的滚动轴承外端依次压接有套在机架开孔内的套筒和调整压盖，且调整压盖固定在机架上，在该端的外花键轴内开设有孔且在孔内置有一双向位移传感器，该双向位移传感器的内端顶住传导挡板，其外端则穿过套筒内部以及调整压盖上的开孔而显露在调整压盖的端面之外。

2、根据权利要求1所述的行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置，其特征在于，所述在第一外齿轮连接器与输出轴之间连接的减速机构的数量为一级，且该一级减速机构为包括第二外齿轮连接器、第二内齿轮、第二行星架、数量至少为两组的行星轮轴及行星轮构件等连接构成的行星减速器，该行星减速器对外的连接关系是，第二行星架与输出轴制作连接成一体，第二外齿轮连接器用螺栓固定在机架上，第一外齿轮连接器采用数量至少为一个的轴承固定在该行星减速器的第二外齿轮连接器的开孔内，且第一外齿轮连接器的一端加工成第二太阳轮而与该行星减速器的每组行星轮构件的行星轮相外啮合。

3、根据权利要求1所述的行星差动蜗杆无级调速软启动限矩装置，其特征在于，在外齿轮轴所固定的第一行星架上绕圆一周各通过行星轮轴固定的行星轮构件的数量为三组。

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