CN102619905A - 球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器及其工作方法，它主要将产生摩擦偶合力矩所需惯性力的惯性体设计成球形体，球形惯性体在主动端壳体内沿圆周均匀分布，球形惯性体两侧分别和主动端锥面及从动摩擦片相切接触；将惯性摩擦偶合器主动端和联轴器输出端做成一体，构成偶合器外壳，偶合器外壳靠近联轴器的内端面做成大内锥和小外锥面相交的曲面；从动端由带外花键的输出轴和装在上面带内花键的从动摩擦片组成；从动端和主动端壳体之间由轴承支撑，两者之间靠球形惯性体的惯性力挤压主从动摩擦片产生摩擦力矩传递运动和动力。本发明提高了产品寿命，简化了结构，降低了成本，偶合效果得到提高。

Description

球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种用于机械软启动的反馈控制摩擦偶合器，尤其是球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器
背景技术
近来摩擦原理的偶合器已逐渐应用到机械软启动系统中，并呈快速发展的趋势，如径向摩擦偶合器、反馈控制摩擦偶合器等，开始用在煤矿刮板输送机和带式输送机等设备上，体现出了寿命长、故障率低、节能和过载保护等优点。但还存在如下不足，如：摩擦面形状欠合理，当量摩擦系数小，产生相同的摩擦力矩所需惯性质量大；有效摩擦面积小，摩擦元件单位面积上的压力大，不耐磨，寿命短；实现反馈的机构和惯性力机构的结构复杂，制造难度大、难以实现标准化，产品的生产制造成本高，经济效益不理想。与本发明有关的技术是反馈控制摩擦偶合器。
现有的反馈控制摩擦偶合器由主动端和从动端组成，主、从动端分别设一套惯性体，存在的不足：一是由于需要在主、从动端分别设一套惯性体来实现正反馈控制摩擦偶合力矩的现状，所以偶合器的体积和重量大；二是惯性体与主、从动端的摩擦形式为滑动摩擦，导致器件磨损加重，寿命短，效率低；三是主、从动摩擦片间接触面积小、压强相对较大，从而使磨损大、温升高、寿命短。
发明内容
为进一步提高产品寿命、简化结构、降低成本、提高偶合效果，本发明提供一种球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器及其工作方法”。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器，主要由主动端和从动端组成，其特征在于，产生摩擦偶合力矩所需惯性力的惯性体设计成球形体，球形惯性体在主动端壳体内沿圆周均匀分布，球形惯性体两侧分别和主动端锥面及从动摩擦片相切接触；将惯性摩擦偶合器主动端和联轴器输出端做成一体，构成偶合器外壳，偶合器外壳靠近联轴器的内端面做成大内锥和小外锥面相交的曲面；从动端由带外花键的输出轴和装在上面带内花键的从动摩擦片组成；从动端和主动端壳体之间由轴承支撑，两者之间靠球形惯性体的惯性力挤压主从动摩擦片产生摩擦力矩传递运动和动力。
根据运动学原理，球形惯性体质心的线速度等于球体与主动端切点的速度和与从动端切点的速度之和的一半，即球体质心速度是其与主、从动端切点速度的合成，而正是这一合成速度产生惯性力进而产生摩擦偶合力矩，从动端切点速度正反馈产生摩擦偶合力矩，因此，这一产生偶合力矩的方法称为“球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合方法”。
为了传递更大的偶合力矩，主、从动端间的摩擦面均为圆形平面，并且用同一组球形惯性体控制多组主从动摩擦片。
本发明工作方法是：
电机(原动机)从零转速启动，球形惯性体质心运动速度为零或小于偶合的临界速度时，惯性力为零或小于使主从动摩擦片产生相互挤压的临界力，不产生偶合力矩，电机(原动机)零载荷启动，启动时对电机和电网均不产生冲击；随着电机(原动机)转速的增加，在从动端转动之前，球形惯性体质心线速度等于其与主动端切点速度的一半；当球形惯性体质心线速度大于偶合的临界速度时，主从动摩擦片相互挤压产生偶合力矩，且随着电机(原动机)转速的增加而增加；当偶合力矩大于从动端阻力矩时，从动端和负载开始转动，球形惯性体质心线速度增加为主、从动端切点速度和的一半，从动端转速通过球形惯性体的速度合成开始正反馈控制摩擦偶合力矩，从动端转速继续增加最终达到与主动端转速同步，偶合达到最大综合过载系数；当工作机严重过载时，从动端转速下降，球形惯性体质心运动速度下降，产生偶合力矩的惯性力下降，进而摩擦偶合力矩下降，起到对电机(原动机)和工作机的过载保护作用。
本发明的优点是：
1、运用这一方法后，改变了现有反馈控制摩擦偶合器需要在主、从动端分别设一套惯性体来实现“正反馈控制摩擦偶合力矩”的现状，只用一套“球形惯性体”就实现了“速度和成正反馈控制摩擦偶合力矩”，偶合器的体积和重量大幅度下降；
2、惯性体与主、从动端的摩擦形式由现有偶合器中采用的滑动摩擦改为了“滚动摩擦”，磨损减轻、寿命增长、效率提高；
3、惯性体产生的惯性力通过主、从动端的大锥角锥面传递给摩擦片，实现了较大的扩力比，用同样的惯性质量可以产生更大的摩擦偶合力矩；
4、主、从动摩擦片间实现了端面摩擦，可设置多对主、从动摩擦片，从而实现了多对摩擦面，大幅度提高了当量摩擦系数和传递载荷的能力；
5、保证软启动效果的前提下，可取较大的综合过载系数，进一步消除了主、从动摩擦片间的滑差，提高了机械效率，避免了滑动摩擦消耗功率而产生热量，降低系统的温升；
6、主、从动摩擦片间接触面积大、压强相对较小，从而使磨损小、温升低、寿命长。
总之，应用这一方法设计摩擦偶合器，可使系统性能更优越、寿命更长、温升更低、结构更紧凑、重量更轻。
附图说明
图1是应用本发明方法设计的“球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器”的构造原理示意图。
图例说明：1-从动端，2-球形惯性体，3-主动端，4-从动摩擦片，5-主动摩擦片，6-输出端锥盘摩擦片。
具体实施方式
现根据图1所示的“球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器”的构造原理进一步说明本发明的方案。如图1所示，球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器主要由主动端3、从动端1、球形环性体2、输出端锥盘摩擦片6、主动摩擦片5及从动摩擦片4等组成；主动端3是将联轴器、偶合器壳体机主动端内锥面做成一个构件；从动端1由一个带外花键的轴和轴端联接装置(视不同安装要求选联轴器或花键轴端)组成；从动摩擦片4及主动摩擦片5分别用花键装在输出端花键轴上和输入端壳体花键孔内，主动摩擦片5在外圆周上间隔120°冲压出端面弹簧片，使主动摩擦片5和从动摩擦片4在不受压力时相互分离(间隙很小约0.05-0.1mm)；若干个球形惯性体2沿圆周均布在输入端内锥面与输出端锥盘摩擦片6之间。
实施时，主动端3壳体左端内侧面做出内外圆锥相交的曲面，用于支撑和驱动球形惯性体2；输出端锥盘摩擦片6左侧面做成内锥面，靠主动摩擦片5上的端面弹簧片的弹性将输出端锥盘摩擦片6推向球形惯性体2，使两者始终保持接触；在偶合传动过程中，球形惯性体2可在主动端3壳体和输出端锥盘摩擦片6之间滚动，将主动端3壳体和输出端锥盘摩擦片6的运动合成到球形惯性体2上，实现了主从动端的运动合成和从动端运动正反馈控制球形惯性体2的惯性力的双重作用；球形惯性体2的惯性力通过输出端锥盘摩擦片6经过扩大后传到主从动摩擦片上，使主从动摩擦片相互压紧而产生摩擦驱动力矩，实现了球形惯性体2运动合成正反馈端面摩擦偶合的功能。
从图1还可以看出，改变从动摩擦片4及主动摩擦片5的组数可改变偶合器传递力矩的大小，这更利于实现偶合器的系列化和零部件的标准化。
为了传递更大的偶合力矩，主、从动端间的摩擦面均为圆形平面，并且用同一组球形惯性体控制多组主从动摩擦片。

Claims (3)

1.一种球形惯性体运动合成正反馈端面摩擦偶合器，主要由主动端和从动端组成，其特征在于，产生摩擦偶合力矩所需惯性力的惯性体设计成球形体，球形惯性体在主动端壳体内沿圆周均匀分布，球形惯性体两侧分别和主动端锥面及从动摩擦片相切接触；将惯性摩擦偶合器主动端和联轴器输出端做成一体，构成偶合器外壳，偶合器外壳靠近联轴器的内端面做成大内锥和小外锥面相交的曲面；从动端由带外花键的输出轴和装在上面带内花键的从动摩擦片组成；从动端和主动端壳体之间由轴承支撑，两者之间靠球形惯性体的惯性力挤压主从动摩擦片产生摩擦力矩传递运动和动力。
2.如权利要求1所述的摩擦偶合器，其特征在于，主、从动端间的摩擦面均为圆形平面，并且用同一组球形惯性体控制多组主从动摩擦片。
3.一种如权利要求1或2所述的摩擦偶合器的工作方法，其特征在于，电机从零转速启动，球形惯性体质心运动速度为零或小于偶合的临界速度时，惯性力为零或小于使主从动摩擦片产生相互挤压的临界力，不产生偶合力矩，电机零载荷启动，启动时对电机和电网均不产生冲击；随着电机转速的增加，在从动端转动之前，球形惯性体质心线速度等于其与主动端切点速度的一半；当球形惯性体质心线速度大于偶合的临界速度时，主从动摩擦片相互挤压产生偶合力矩，且随着电机转速的增加而增加；当偶合力矩大于从动端阻力矩时，从动端和负载开始转动，球形惯性体质心线速度增加为主、从动端切点速度和的一半，从动端转速通过球形惯性体的速度合成开始正反馈控制摩擦偶合力矩，从动端转速继续增加最终达到与主动端转速同步，偶合达到最大综合过载系数；当工作机严重过载时，从动端转速下降，球形惯性体质心运动速度下降，产生偶合力矩的惯性力下降，进而摩擦偶合力矩下降，起到对电机和工作机的过载保护作用。
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