CN102072265A - 紧凑式盘簧扭矩限制器 - Google Patents

Abstract

一种紧凑式盘簧扭矩限制离合器，具有带有摩擦塞的输入轮毂和输出轮毂，该摩擦塞可作为整个组合件从输入轮毂拆卸以便于维护和修理。扭矩限制离合器的力致动器为可操作地插入在输入轮毂和摩擦塞之间的蝶形弹簧或机加工的盘簧。在摩擦塞的使用寿命期间，蝶形弹簧的挠曲位于力与挠曲曲线的平坦部分，并为扭矩限制离合器建立特定的最初起动扭矩。蝶形弹簧的使用显著地减小了扭矩限制离合器的轴向尺寸，其适于空间奇缺的应用领域。

Description

紧凑式盘簧扭矩限制器

技术领域

本发明涉及能量传递装置技术，且更具体地，属于摩擦型扭矩限制离合器。更具体地，本发明提出了一种用于中空轴电机应用领域的扭矩限制离合器，并且其采用机加工的盘簧，允许显著减小尺寸而不会累及可操作性。

背景技术

在输入能量源和输出机构之间使用扭矩限制离合器是已知的。典型地，扭矩限制离合器具有特定的最初起动扭矩，其在轴上的扭矩超过离合器的特定最初起动扭矩时，允许在输入和输出轴或机构之间的滑动。

一些采用扭矩限制离合器的机械设备使用中空轴电机。例如，地下采矿设备的各个部分使用中空轴电机来驱动工作器具。这些电机通常具有固定在一端的扭矩限制离合器，离合器输入端固定在中空电机轴。扭矩限制离合器的输出端与输出轴或扭矩轴连接，该扭矩轴将扭矩传递到工作器具或齿轮减速箱。典型地，输出轴在中空电机轴内部向后穿过电机。这样设置的目的是，在维修时提供容易接触到离合器的便利性，以及便于将离合器相对于工作器具定位在电机的相反侧。在使用中，工作器具可能遭遇表现为突然使电机减速的塞卡，其产生了高级别的扭矩。扭矩限制离合器的目的是防止该高级别的扭矩损坏驱动系统组件。

接触到扭矩限制离合器是必要的，这是因为必须拆下离合器以便于更换离合器内的磨损的摩擦元件以及进行其它维护活动。由于必须拆下离合器以使得输入端可固定到电机轴上，因此也需要接触到离合器。因此希望具有一种易于拆下以及重新安装，且通常被设置在可接触的位置的扭矩限制离合器。

由其申请的受让人所拥有的美国专利5,688,176“Multiple Disc Torque Limiter for Hollow Shaft Motors”提出并描述了能够实现上述益处的可取特性的扭矩限制离合器。尽管本现有技术的装置实现了一定程度的紧凑性，但弹簧盖组件的实施和使用是进行尺寸减小的限制因素，并且在所考虑的特性的应用中，是希望消除对于这样的弹簧盖组件的依赖的。

一种期望是使得紧凑式扭矩限制器的整个结构和构造在整个尺寸，尤其轴向长度上得以减小。进一步的期望是，所考虑的特性的紧凑式扭矩限制器的摩擦区域或范围，可以被防护或密封以免遭受出现在操作区域中的外部污染。更进一步的是，为了增强可操作性和适应性，速度传感器、磨损指示器等等的利用和实施看起来是被希望的，假设它们不会增加可操作单元的整体尺寸。

更进一步的期望是，所考虑的类型的扭矩限制离合器是易于维修和整修的。为了达到该目的，期望的是离合器组件的摩擦元件作为成套组件以及作为输出轮毂组件的一部分被维护，该输出轮毂组件可易于从离合器组件本身移除，以使得摩擦元件及分离器元件和其它需要这种维护的部件一起可被移除、整修和更换。

发明内容

如上所述，本发明的第一方面提供一种紧凑式盘簧扭矩限制离合器，其不依赖于使用弹簧盖组件来设定特定的最初起动扭矩。

本发明的另一方面提供一种紧凑式盘簧扭矩限制离合器，其中，诸如蝶形弹簧的机加工的盘簧施加力到端板上，以便设定用于离合器组件的特定最初起动扭矩。

本发明的另一方面还提供一种紧凑式盘簧扭矩限制离合器，其特别适合于同与中空轴电机协同运转的机械一起使用，该中空轴电机具有最小化离合器所需要的可操作外壳的整体结构和构造。

本发明的另一方面还提供一种紧凑式盘簧扭矩限制离合器，其中，防护罩、传感器、磨损指示器等等与离合器结合在一起提供，而不会增加它的尺寸和复杂性。

本发明的另一方面还提供紧凑式盘簧扭矩限制离合器，其在更紧凑和更有效空间利用的外壳中提供现有技术的可操作能力和特性。

本发明的另一方面还提供紧凑式盘簧扭矩限制离合器，其中，包括有离合器组件的摩擦部分的输出轮毂组件，易于从该组合件拆除以便于维修和整修。

本发明的前述和其它方面随着详细的说明的进行将变得显而易见，本发明的前述和其它方面由紧凑的扭矩限制离合器实现，其包括：固定于中空轴电机的输入轮毂；固定于穿过中空轴电机的输出轮毂；插入在所述输入和输出轮毂之间的摩擦塞，所述摩擦塞包括插在多个分离器板之间的多个摩擦片，所述摩擦片和分离器板夹在端板和盘簧之间，所述盘簧推挤所述摩擦片和分离器板直到它们强力接合彼此。

本发明的其它方面由用于紧凑式扭矩限制离合器的摩擦塞实现，其包括：端板、盘簧、多个被夹在所述端板和盘簧之间的交织摩擦片和分离器板；且其中，所述盘簧推挤所述摩擦片和分离器板直到它们相互强力接合。

附图说明

为了完全理解本发明的各个方面、技术和结构，应参考下面的详细说明和附图，其中：

图1为根据本发明的扭矩限制离合器的部分端视图；

图2为沿着线2-2取得的图1的扭矩限制离合器的剖面图；

图3为沿着线3-3取得的图1的扭矩限制离合器组件的部分剖面图；以及

图4为图1和2的组件的部分剖视图，其展示出将输出轮毂组件和摩擦塞从作为整体的离合器组合件分离的便利性。

具体实施方式

现在参考图1和2，可看到，根据本发明制造的紧凑式盘簧扭矩限制离合器总体由符号10表示。作为主要组件，扭矩旋转离合器10包括输入轮毂12，其具有从其穿过的带花键中央钻孔14。该钻孔14适于接收来自于驱动电机(未示出)的中空外部带花键的输入轴(未示出)。如图所示的，中空外部带花键的输入轴适于凭借螺纹连接到输入轮毂12上并抵靠锁紧垫圈18的螺母16固定到输入轮毂12上。

输出轮毂20也被包括为扭矩限制离合器10的一部分以及一块，该输出轮毂具有从其自身穿过的中心轴向延伸的带花键钻孔22。带花键钻孔22适于接收扭矩轴(未示出)，其通常穿过中空电机轴到达组件相对端部处的齿轮箱。因此，要理解，钻孔14，22是共轴的，钻孔22具有比钻孔14的直径充分小的直径，以允许扭矩轴可由带花键钻孔接收并延伸穿过中空电机轴。

钻孔22的端部具有扭矩轴定位器部分24，其提供用于将扭矩轴固定到输出轮毂20的装置，诸如通过保持器、定位环等等。因此，定位器部分24限定扭矩限制离合器组件10的输出端的最大延长部分，同样适于由接收工具的盖子接收。该构造允许扭矩限制离合器组件10的轴向尺寸的显著减小。

摩擦塞26插入在输入轮毂12和输出轮毂20之间，如图1和3所示出的，其包括例如由帽螺钉30固定在输入轮毂12上的端板28。多个这样的帽螺钉环绕地提供在端板28周围。摩擦塞26进一步包括夹在输入轮毂12和端板28之间的摩擦片32，34。一对摩擦片32键连接到输出轮毂20并且可与输出轮毂20一起旋转。附加的摩擦片34通过帽螺钉36固定于输出轮毂20。

分离器板38，40夹在摩擦片32，34之间，其具有穿过其中的孔以用于接收扭矩销钉42。扭矩销钉42被接收在输入轮毂12的钻孔44和端板28中的台阶孔46内。台阶孔46接收扭矩销钉42的头部48。扭矩销钉42具有两个不同直径的部分，其限定肩部50，该肩部紧靠接受在销钉42的较小直径部分上的分离器板40。销钉42由保持器或定位环52保持在该紧靠位置。还具有多个定位销54以用于接收在端板28的对齐钻孔和输入轮毂12中以便在它们之间保持对齐和接合。

青铜轴承56插入在输出轮毂20和端板28之间，以便在超出离合器组件10的特定最初起动扭矩的情形下，允许这些构件之间的相对旋转运动。在离合器组件10的相反端部，密封环58接收在输入轮毂12的内边缘周围的凹入环形槽中。如所示的，封铅60插入在密封环58和环形槽之间。

诸如蝶形弹簧的机加工盘簧62插入在分离器板40和密封环58之间，分离器板40固定于扭矩销钉42。机加工的盘簧或蝶形弹簧62被精确制造，以使得弹簧的力与挠度曲线特性的平坦部分位于离合器组件10的期望操作的范围，以至于离合器10的最初起动扭矩特性将在摩擦塞由新的到完全磨损的整个范围上大体一致。

第一O形环64接收在密封环58内且接收盘簧62的内圆周表面。优选地，O形环64由弹性材料制成，其确保盘簧62的定心在密封环58上。换句话说，O形环64的弹性使得在O形环64周围均匀的力分布实现期望的定心。第二O形环66也提供在密封环58的周围的槽内，其用作用于密封环58的保持器或定位环，确保在离合器组件10的组装和拆卸期间密封环保持在盘簧62上。特别地，当摩擦塞26和输出轮毂20被从输入轮毂12移除，O形环66确保蝶形弹簧或机加工的盘簧62保持安装在密封环58上。

如进一步在图2中所示的，输出轮毂组件20以与密封环58接合的方式接收密封垫68，以确保可能沿着扭矩管和/或中空电机管从装置的连接块通过的任何油、油脂或润滑剂不会进入摩擦片32，34和分离器板38，40的区域。换句话说，密封垫68被提供作为安全封以便在运转装置失败的情形下保护摩擦塞26，其中扭矩限制离合器10连接到所述装置。

进一步参考图2，可看到盘簧62进一步由弹簧夹70保持，该弹簧夹通过帽螺钉72固定于分离器板40，其确保在组装和拆卸期间，盘簧62保持与摩擦塞26相结合。

如图2中所示的，扭矩限制离合器组件10可具有围绕在其周围的防护罩74，该罩74保护摩擦片26远离环境垃圾等等。此外，套管76可提供在输入轮毂12的端部上以提供精磨的表面。本领域技术人员意识到套管76主要为精磨的套管，其减小对于其它方式精磨输入轮毂12的外部所必要的工作量。

本发明在此处考虑使用数字控制和可编程的操作。为了那个目的，速度传感器78可设置在端板28上，因此可操作地固定在输入轮毂12上。以相同的方式，速度传感器80可固定在输出轮毂20上。当然它们两个之间的速度差代表输入和输出轮毂之间的滑动，且可被用于调整载荷等等。

图4示出一部分固定在输入轮毂12上并接收由输出轮毂20的带花键钻孔22接收的输出轴84的中空轴电机82。在图4中，可进一步看出，摩擦塞26和输出轮毂20可以单元的形式从输入轮毂12移除，以便当需要时允许容易地维护、重装和/或更换分离器和摩擦盘。为了那个目的，要理解，螺栓30的移除将使端板28从输入轮毂12脱离并如图4中所示的，允许输出轮毂20和摩擦塞26轴向移除。扭矩销钉52周围的保持器50用于将摩擦片32、34和分离器板38、40固定到端板28上。将弹簧夹70固定到分离器板40的帽螺钉36确保在移除期间保持盘簧或蝶形弹簧62。同样，保持器O形环66和压缩的弹性O形环64确保在移除和更换期间密封环58也作为摩擦塞26的一部分和一块被保持。

维护或修理时间的确定也通过扭矩销钉42变得明显，该扭矩销钉也用作磨损指示器，这一点对本领域技术人员来说是显而易见的。由于摩擦片和分离器板磨损，盘簧62朝向端板28推挤分离器板40，且盘62推抵密封环58。利用由保持器52固定到分离器板40上的扭矩销钉42，当该磨损发生时，销钉42的头部48渐渐移向端板28的表面。当头部48与端板28的表面齐平时，这表示分离器板和摩擦片已经最大磨损，并且更换和整修是必需的。当摩擦片和分离器板被整修或更换时，且当摩擦塞26被重新定位以及该组件由帽螺钉36重新定位时，盘簧62如此压缩和挠曲以使得扭矩销钉42的头部48放在台阶孔46内并重新开始磨损和指示过程。

要理解，在紧凑式盘簧扭矩限制离合器10的操作中，机加工的盘簧62被构造以使得它工作在由扭矩及磨损销钉42调节的挠曲的整个范围上的力与挠曲曲线的平坦范围内。扭矩限制离合器10的特有扭矩因此由机加工的盘簧62建立，且输入轮毂12和输出轮毂20以通常的旋转工作而在它们之间没有滑动，直到超出由盘簧62建立的该离合器10的特有扭矩。在那时，输入轮毂12和输出轮毂20之间的相对滑动被作为发生在摩擦片32、34和分离器板38、40以及端板28之间的滑动而被感受到。就是这个滑动产生了分离器板和摩擦片上的磨损。

因此可以看到本发明的各个方面已经由上面所呈现和描述的结构实现。通过消除拉长的弹簧和/或弹簧盖组件，并采用蝶形弹簧，其工作在力与挠曲曲线的平坦范围内，紧凑式盘簧扭矩限制离合器10的尺寸与现有技术相比被显著减小。而且，通过提供易于作为组合件从输入轮毂移除的摩擦塞组件，非常利于和加快磨损部件的维护、修理和更换，以至于故障时间或停工时间被保持在最小。

虽然，根据专利法规仅仅详细提出和描述了本发明的最佳方式和最佳实施例，但本发明不限于此或不由此所限。因此，为了理解本发明的真正范围和宽度，应参考附带的权利要求。

Claims (20)

1.一种紧凑式扭矩限制离合器，其包括：

输入轮毂，其固定在中空轴电机上；

输出轮毂，其固定在穿过中空轴电机的轴上；

摩擦塞，其插入在所述输入和输出轮毂之间，所述摩擦塞包括插入在多个分离器板之间的多个摩擦片，所述摩擦片和分离器板夹在端板和盘簧之间，所述盘簧推挤所述摩擦片和分离器板直到强力接合彼此。

2.根据权利要求1的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述盘簧促使所述输入轮毂和所述端板之间的强力接合。

3.根据权利要求2的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述盘簧具有力与挠曲之间的特定关系，并且在所述摩擦塞的使用寿命期间在所述关系大体恒定的区域运转。

4.根据权利要求3的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述盘簧由密封环接收，该密封环与所述输入轮毂啮合，且其中在所述密封环和所述输出轮毂之间插入密封垫。

5.根据权利要求4的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述摩擦塞进一步包括将所述盘簧保持为所述摩擦塞的一部分的弹簧夹。

6.根据权利要求5的紧凑式扭矩限制离合器，其进一步包括插入在所述盘簧和所述密封环之间的第一O形环，所述第一O形环将所述盘簧定心在所述密封环上。

7.根据权利要求6的紧凑式扭矩限制离合器，其进一步包括由所述密封环接收的第二O形环，所述第二O形环用于将所述密封环保持在所述盘簧上。

8.根据权利要求4的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述盘簧、密封环以及端板与所述输入轮毂的轴向钻孔共轴并从所述输入轮毂的轴向钻孔径向向外设置。

9.根据权利要求5的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述端板可拆卸地固定于所述输入轮毂。

10.根据权利要求9的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述端板和夹在中间的分离器板和摩擦片由扭矩销钉固定在一起。

11.根据权利要求10的紧凑式扭矩限制离合器，其中，至少一个所述扭矩销钉也为磨损销钉，其指示磨损状态和所述摩擦片和分离器板的剩余使用寿命。

12.根据权利要求10的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述输出轮毂和摩擦塞可作为单个组合件从所述输入轮毂拆除。

13.根据权利要求1的紧凑式扭矩限制离合器，其中，所述输出轮毂包括花键和扭矩轴定位器，该扭矩轴定位器部分突出所述端板。

14.根据权利要求13的紧凑式扭矩限制离合器，其进一步包括，分别可操作地连接于所述输入和输出轮毂的第一和第二速度传感器。

15.根据权利要求1的紧凑式扭矩限制离合器，其进一步包括，在所述摩擦塞和至少一部分所述输入轮毂周围延伸且沿着它们轴向延伸的防护罩。

16.一种用于紧凑式扭矩限制离合器的摩擦塞，其包括：

端板；

盘簧；

多个交织摩擦片和分离器板，它们被夹在所述端板和盘簧之间；以及

其中，所述盘簧推挤所述摩擦片和分离器板。

17.根据权利要求16的用于紧凑式扭矩旋转离合器的摩擦塞，其中，所述摩擦塞进一步包括将所述盘簧保持为所述摩擦塞一部分的弹簧夹。

18.根据权利要求16的用于紧凑式扭矩旋转离合器的摩擦塞，其进一步包括插入在所述盘簧和密封环之间的第一O形环，所述密封环适于由输入轮毂接收，所述第一O形环将所述盘簧定心在所述密封环上。

19.根据权利要求18的用于紧凑式扭矩旋转离合器的摩擦塞，其进一步包括由所述密封环接收的第二O形环，所述第二O形环用于将所述密封环保持在所述盘簧上。

20.根据权利要求19的用于紧凑式扭矩旋转离合器的摩擦塞，其中，所述盘簧包括蝶形弹簧。

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