CN1043549A - 节能安全联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明创造为一种机械式的节能和过载保护装置，属于机械传动技术领域。该联轴器由转子、叶片、壳体和钢球组成，钢球分装在由转子与壳体所围的由叶片分隔的空腔内。转子与电机轴相联，壳体与减速器或工作机输入轴相联，可取代普通的联轴器，实现工作机的软起动。本发明创造的联轴器适用于带负载起动的机器，其起动性能好，节省能源和设备投资，并可以调节所要传递的扭矩。

Description

本发明创造为一种机械式的节能和过载保护装置，属于机械传动技术领域。

本发明创造的节能安全联轴器安装于鼠笼式异步交流电动机和工作机或减速器之间，取代普通的联轴器，实现工作机的软起动。本联轴器适用于带负载起动的机器，如鼓风机、水泵、皮带运输机、刮板运输机、搅拌机、起重机的行走机构、氧鱼池的增氧机、锅炉炉排传动、矿粉烧结机、轧钢厂的运输辊道机以及电动车、船等。

现代机器很多是满载起动的，例如鼓风机和离心式水泵，起动时力矩很大，而起动后稳定运转时所需力矩又相对较小。为了便于起动和避免起动电流过大而烧毁电机，一般采用比稳定运转所需的功率大得多的电动机，因而造成鼓风机和水泵等长期运转中的“大马拉小车”的现象。又如皮带运输机和烧结机在使用中由于某种原因而满载停车，当再次起动时，就需要卸掉载荷，为了避免费时费工，往往选配功率大得多的电动机，因而也造成长期运转中的“大马拉小车”的现象。这些情况都降低了电路功率因数，增加电能消耗，造成能源浪费。对于起重机的运行机构，起动时的惯性阻力矩很大，为了便于起动，一般采用比鼠笼式交流电机昂贵的绕线式交流电机，并配备起动电阻箱，使设备复杂，成本提高，且易出故障。许多机器在工作时往往由于意外过载而损坏重要的零部件，甚至烧毁电机，造成巨大损失，目前虽有安全联轴器能保护机器的重要零部件在过载时不致损坏，但安全联轴器本身却不可避免地受到损坏。

为此，本发明创造提供一种节能安全联轴器，该联轴器未将被联两轴固接，而是通过其壳体内放置的钢球在工作时所产生的摩擦力来传递扭矩，因而可使电动机在任何情况下都近似于空载起动，可使电机起动功耗和起动发热量降低65%左右，并可实现工作机的匀加速起动。由于将满载起动转变为空载起动，因而可选配与工作机稳定运转功率相同或近似的电动机，由此避免了目前为了起动而使用功率较大鼠笼电动机配功率较小工作机的不合理现象，从而既提高了电路功率因数、节约能耗，又可降低设备费用。由于该联轴器传递的扭矩可以调节，因而又可以实现过载安全保护，且不损坏任何零件。

本发明创造是通过下述方式实现的：

图1～图3是本发明创造的联轴器的工作原理图。

图1为联轴器处于静止状态;图2处于起动状态;图3为同步运转状态。

本发明创造的节能安全联轴器主要由转子21、叶片3、壳体35和钢球19组成。其中：转子21与电机轴相联，壳体35与减速器输入轴或工作机输入轴相联，叶片位于壳体和转子之间，叶片3对称安装在转子21上，叶片数目最低为2个，叶片3将转子与壳体所围的空间等分成与叶片数目相同的空腔，钢球19按叶片所分隔的空腔数等分后，分装在这些空腔中。

本发明创造的节能安全联轴器的工作过程如下：

当电动机起动时，通过电机轴带动转子21，从而使安装在转子21上的叶片3旋转，叶片3推动各空腔里的钢球19沿壳体35的内园柱面滑动，此时作用在电机轴上的阻力矩仅为钢球与壳体滑动摩擦力矩，因此，近似于空载起动。随着电机转速的升高，钢球在离心力的作用下紧贴壳体内壁，钢球与壳体的摩擦力矩逐渐增大，壳体逐渐被带动（呈等加速起动），直至壳体与转子达到同步运转状态，此时转子与壳体不存在转速差。由于扭矩是通过钢球与壳体的摩擦传递的，故钢球19的填装量直接影响传递力矩的大小，因此，可以通过调节钢球填装量的办法来控制过载极限力矩，从而达到过载安全保护的目的。一般，钢球的直径在4mm以上，钢球的填装量最大为转子与壳体间空腔体积的90%。

为适应不同需要，本发明创造的节能安全联轴器可以有不同形式，以下结合附图，对三种形式的联轴器进行描述：

图4是节能安全联轴器的基本型，是图5的D-D剖视图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是带制动轮型的节能安全联轴器。

图7是带皮带轮型的节能安全联轴器。

在图4和图5中，转子21通过键与电动机轴联接，为防止转子沿电动机轴轴向窜动，可用紧定螺钉20加以固定，此外，转子21的右端与半联轴器6之间要留有足够空间，可供采用轴端压板进行固定;叶片3通过套环4及螺钉13、弹簧垫圈23固定在转子21上;壳体35由外壳2、左端盖18、右端盖5组成，螺钉10和弹簧垫圈11将外壳2与左、右端盖18、5联接在一起。在转子21和左、右端盖18和5之间装有轴瓦14，轴瓦14与左、右端盖18和5采用过盈配合，而与转子21采用间隙配合。这样，外壳2、左、右端盖18和5连同轴瓦14可与转子21作相对转动。壳体的右端盖5可通过销钉9，弹簧垫圈22、鼓形弹性套7及垫片8与半联轴器6弹性联接，半联轴器6通过键与从动轴（即减速器输入轴或工作机输入轴）联接，并用紧定螺钉20固定。根据所需传递的扭矩或过载极限扭矩，确定钢球19的充填量，钢球19的数量按叶片数等分后，分装在由叶片3分隔的转子21与壳体35所包围的各空腔内。拧开外壳上的螺塞12，并逐步转动电机轴即可将等分好的钢球分别装入各个空腔，然后拧紧螺塞12。试车前，通过左、右端盖上的油阀1注入适量的润滑脂给油瓦14的摩擦面。

叶片3的数目一般为两片或以上，叶片3与外壳2、左右端盖18、5之间留有间隙a、b、c，间隙最好不大于钢球直径的 1/4 ，但不小于0.5mm。

当电动机起动时，电机轴驱动转子21连同叶片3一起转动，叶片3推动钢球19沿外壳2的内圆柱面作圆周运动，钢球19在离心力的作用下，紧贴壳体内圆柱面，产生摩擦力矩，带动壳体转动，随着电机转速升高，钢球离心力增大，摩擦力矩上升，壳体35连同半联轴器6带动工作机作匀加速起动，经过若干秒后，壳体35与转子21达到同步，进入稳步运转状态。如果工作机发生超过允许的过载或卡死时，则钢球与壳体打滑，而不损坏机件，避免电机烧毁。

当过载打滑时，用螺钉16，垫片15及弹簧垫圈24固定在转子左端面的弹簧片17与左端盖18上的斜面摩擦而发出响声，从而通知操作者停机。

另外，也可用圆柱钢、铁棒代替钢球19，棒长应略小于叶片宽度，此时叶片3与外壳2、左右端盖18、5间的间隙a、b、c最好不大于圆柱棒直径的 1/4 ，而不小于0.5mm。

右端盖5上开有沟槽31，以便插入棍棒或其它工具，用手转动联轴器之用（在安装调试联轴器和装填钢球时需转动联轴器）。

在工作机非频繁起动的场合（如风机、水泵、皮带运输机等），轴瓦14材料可为铸铁或耐磨铸铁;在频繁起动场合（如运输辊道、起动机运行机构），轴瓦14材质可为青铜或改用滚动轴承;大批量生产时，轴瓦14可采用粉末冶金制成的含油轴瓦，此时可取消油阀1及左右端盖18、5中的油孔。

弹簧垫圈22可防止销钉9松动，鼓形弹性套7的材料为橡胶或聚氨脂。安装时，右端盖5与半联轴器6之间应保持一定间隙e，鼓形弹性套7和间隙e可以补偿被联接的两轴（电机轴和工作机轴）的径向、轴向和角向偏移，降低了被联两轴的对中要求，起安装带来方便。间隙e＝2～10mm，随联轴器尺寸大小而定。此外，鼓形弹性套还使安全联轴器具有一定的缓冲减震性能，并可减小轴和轴承因联轴器而产生的附加载荷。

图6为带制动轮型的节能安全联轴器，它适用于需制动的场合，如起重机运行机构，倾斜带式运输机等。制动轮与从动的半联轴器6为一整体，这种结构有利于电机的空载起动。制动轮上方有一孔30，是为了便于给油阀注润滑脂，其它结构与图4的基本型相同。

图7为皮带轮型的节能安全联轴器，它适用于皮带传动的场合。转子21与电动机轴相联接，外壳2上开有三角皮带槽或为鼓形面，在上面安装三角带或平型皮带，此时取消从动的联轴器6等零件。转子上的螺塞25可自左端面通过油孔注入润滑脂，拧开位于左端盖上螺塞12可填装钢球。如用钢棒代替钢球，则螺塞12可取消，打开左端盖18即可填装钢棒（或铁棒），其余部分与图4的基本型相同。皮带轮型式节能安全联轴器安装时，右端应靠近电机，不能相反，否则装填钢球不方便。

本发明创造的节能安全联轴器具有下述优点：

1.起动性能好。节能安全联轴器可以使电动机在任何情况下都近似于空载起动，起动平稳，实现工作机的均匀加速起动。由于起动电流小，因而起动时对电网冲击小。

2.节省能源。节能安全联轴器不仅能减少电机起动时的功耗和发热量达 2/3 左右，更重要的是将满载起动转变为空载起动，避免了通常为顺利起动而使用功率较大电机配功率较小工作机的“大马拉小车”的现象。在长期运转中，由于电动机额定功率与工作机所需功率接近，匹配合理，提高了功率因数，因而可以起到显著的节能效果，图8为采用本联轴器与采用普通联轴器的电流相对值的比较，图中横座标为时间（秒），竖座标为电流相对值。曲线A为普通联轴器（当电机额定功率＞工作功率时），曲线B为节能安全联轴器（当电机额定功率＞工作机功率时），C为节能安全联轴器（当电机额定功率＝工作机功率时），D为稳定运转时电流。

3.节省设备投资。由于节能安全联轴器解决了满载起动困难的问题，因此可选配功率较小的电机，从而节省了设备费用，减小了设备体积和重量。

4.传递的扭矩可以调节，容易实现过载安全保护。节能安全联轴器可以通过增减钢球填充量来调节传递的极限扭矩，以实现不同要求的过载安全保护。当工作机过载或卡死时，节能安全联轴器自动打滑而不损坏任何机件。

5.传动效率高。与液力联轴器相比，节能安全联轴器稳定运转时（即除起动、制动阶段外），主、从动两端完全同步，无转速差，无摩擦损耗，效率高;实测效率为99%以上。频繁起动减验（15分钟内起动75次）证明，发热量很低，无明显温升。

6.结构简单，制造方便，无特殊工艺要求。

7.安装方便，传递动力质量高。节能安全联轴器内有弹簧元件，能在一定范围内补偿被联两轴的径向、轴向和角向偏移，可以降低安装时被联两轴的对中要求，给安装带来方便。弹性元件还使节能安全联轴器具有缓冲减震性能，可以提高动力传递的质量和机器的寿命。

8.可以正、反向运转。

9.工作可靠，维护简便（与液力联轴器相比）。

Claims (9)

1、一种用于机械传动的节能安全联轴器，其特征在于本联轴器由转子、叶片、壳体和钢球组成，其中，转子与电机轴相联，壳体与减速器输入轴或工作机输入轴相联，叶片位于转子和壳体之间，叶片对称安装在转子上，叶片数目为2个或2个以上，叶片将转子与壳体所围的空间等分成与叶片数目相同的空腔，钢球按叶片所分隔的空腔等分后，分装在这些空腔中。

2、如权利要求1所述的联轴器，其特征在于所说的转子通过键与电机轴联接，并用紧定螺钉固定，叶片通过套环、螺钉及弹簧垫圈固定在转子上，所说的壳体由外壳和左、右端盖组成，外壳与左、右端盖通过螺钉和弹簧垫圈联接在一起，在转子和左、右端盖之间装有轴瓦，轴瓦与左右端盖采用过盈配合，而与转子采用间隙配合，以使外壳、左右端盖连同轴瓦可与转子作相对转动，壳体的右端盖与半联轴器通过销钉、弹簧垫圈、鼓形弹性套和垫片进行弹性联接，半联轴器通过键与从动轴联接，并用紧定螺钉固定，叶片与外壳、左右端盖之间留有间隙a、b和c，在外壳上有一个能装入钢球的螺孔和将其封闭的螺塞。

3、如权利要求2所述的联轴器，其特征在于所说的间隙a、b和c不小于0.5mm，不大于钢球直径的 1/4 。

4、如权利要求2所述的联轴器，其特征在于所说的半联轴器为一个半联轴器和制动轮的组合体。

5、如权利要求2所述的联轴器，其特征在于在所说的外壳上开有三角皮带槽或鼓形面以代替半联轴器。

6、如权利要求1、2、3、4和5所述的联轴器，其特征在于所说的右端盖与半联轴器之间有一间隙e，e＝2～10mm。

7、如权利要求6所述的联轴器，其特征在于所说的钢球可用园柱钢棒或铁棒代替，钢棒或铁棒的长度略小于叶片宽度。

8、如权利要求7所述的联轴器，其特征在于在转子左端面上固定一个能与左端盖上的斜面摩擦的弹簧片。

9、如权利要求1、2、3、4和5所述的联轴器，其特征在于轴瓦14为采用粉末冶金制成的含油轴瓦。

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