CN108026980B - 安全联轴器 - Google Patents

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Abstract

安全联轴器(1)，该安全联轴器(1)包括驱动联接构件(3)，该驱动联接构件(3)通过摩擦连接(6)与从动联接构件(5)接合。所述摩擦连接(6)能够通过启动释放元件(17)来断开。所述释放元件(17)能够由离心装置(22)启动，其中该离心装置(22)的离心单元(24)能够径向移动，以依赖于所述离心单元(24)的转速以及所述驱动联接构件(3)与所述从动联接构件(5)之间的滑动而与移位门(50)相互作用。所述离心装置(22)包括止挡件(35)，以限制施加到所述离心单元(24)的离心力。

Description

安全联轴器
技术领域
本发明总的涉及一种安全联轴器。安全联轴器包括转矩传递联接单元，该转矩传递联接单元具有处于摩擦接合的一个驱动联接构件和一个从动联接构件。转矩传递联轴器装备有过载保护机构。
背景技术
Voith Turbo Safeset公司交付了这种具有过载保护的转矩传递联轴器，名称为SafeSet和SmartSet。
SafeSet原理是简单的：摩擦和柔性。没有材料疲劳、恒定的转矩传递和适应性。SafeSet联轴器可用于最苛刻的应用要求。可用设计选项中的一些：1到20000kNm之间的转矩释放，从最大转矩设定的50％至100％的可调转矩设定，预设转矩下的滑动和释放机构，针对过转矩情况的立即释放。SafeSet联轴器包括双壁中空套筒。摩擦连接由表面压力提供。因此，双壁中空套筒通过加压液压油膨胀。集成的剪切管保持压力，以确保恒定的、但容易可调适的转矩传递。在过载情况下，联轴器滑动，并且剪切管被剪断。油压下降并且摩擦表面分开。联轴器在没有传递任何转矩的情况下在轴承上旋转。
SmartSet是具有受控制的滑动的工艺改进联轴器。它具有在不释放的情况下滑动的能力，以减少短持续时间和动态的转矩峰值。SmartSet通过用作可调峰值削减器(shaver)来改进工艺并且最大化应用的输出。它能够在没有释放的情况下通过短滑动来减小系统瞬时转矩。它能够适合用于经历许多短峰值的起动或连续驱动。该技术与用于SafeSet联轴器的相同，但它装备有命名为SmartSet Device的离心装置，该离心装置将给予联轴器额外的滑动特征。该离心装置由预期应用的旋转速度启动。这使得联轴器在高瞬时转矩期间能够滑动。如果在过载情况下，转矩峰值有长持续时间，如完全阻塞，则SmartSet联轴器能完全释放作为常规SafeSet联轴器，并因此保护传动系免于灾难性故障。可用转矩容量在10至10000kNm之间。SmartSet能使用高达1000rpm。在更高转速时，离心装置断裂。
SmartSe的离心装置包括轴、由弹簧预加载的离心单元、径向可移动套筒、主杆、止动杆，止动杆可旋转地安装在主杆上并由弹簧预加载。止动杆的旋转移动由止挡件限制，其中止挡件布置在主杆处。此外，主杆包括开口，开口用于接纳剪切管。主杆在离心装置的轴上可枢转并且可径向移动地安装。在主杆枢转的情况下，剪切管剪断并且油压下降，并且从动元件和驱动元件的摩擦表面分开。主杆的枢转由具有释放突起的移位门(shiftinggate)启动。如果SmartSet装置安装在驱动元件上，则具有释放突起的移位门相对于从动元件固定。因此，剪切管的剪断将在超过预定角度的滑动的情况下发生。
US 2014/0224611 A1公开了一种安全联轴器。该安全联轴器包括可致动的安全机构。该安全机构在从初始的激活位置到最终的非激活位置的移位中可致动。该安全机构包括离心装置，该离心装置布置在壳体内。壳体进一步包围毂板、触发元件、配重平衡元件(counter balance element)和驱动板。离心装置具有两个单元，所述两个单元可通过旋转运动以径向的方式移动。当旋转运动超过预先选择的旋转运动时，进一步施加的转矩通过打开阀组件而导致接合。
DE 195 37 249 A1公开了另外的一种安全离合器。单个驱动电机联接到减速齿轮，该减速齿轮又通过离合器联接到驱动万向节轴的分配单元，该离合器可以是液压变化的，以适应所需条件。用于驱动一对轴的电机单元借助于旋转刚性联轴器而连结到具有输出轴的减速齿轮。受控制的滑动离合器单元将输出轴联接到驱动分配齿轮箱的轴，从而为万向联轴器以及因此为辊子提供两个输出速度。安全离合器单元可以由厚壁壳体构成，连接到液压流体源的环形空腔处在该厚壁壳体中。该空腔可以根据负载要求加压或抽空，以提供限制的动力传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全联轴器，该安全联轴器可以用于高转速应用，尤其是超过1000rpm的转速。
本发明的进一步目的是提供一种安全联轴器，该安全联轴器能够在通过安全联轴器的分离启动之前提供预定的持续时间，并且该安全联轴器是紧凑的。
本发明的进一步目的是提供一种安全联轴器，该安全联轴器能够在通过安全联轴器的分离启动之前提供预定的最小滑动角度。
本发明的目的通过一种安全联轴器来解决，该安全联轴器包括驱动联接构件，该驱动联接构件通过摩擦连接与从动联接构件接合。摩擦连接可以通过启动释放元件来断开。释放元件能够由离心装置启动。离心装置包括离心单元。离心单元通过离心力来移动，以依赖于驱动联接构件(3)的转速以及驱动联接构件与从动联接构件之间的滑动而与移位门相互作用。离心装置包括止挡件，以限制离心单元的移动并且限制由转速引起的施加于离心单元的有效力。转速是从动联接构件的转速。离心单元包括主杆，该主杆被可旋转地支撑。主杆安装成可旋转。主杆的至少相互作用侧依赖于转速而在径向方向上移动并且与移位门相互作用。
与移位门的相互作用依赖于转速以及驱动联接构件和从动联接构件之间的滑动。通过主杆，能减小由所施加的离心力移动的离心单元的重量。由于止挡件必须适合于必须由止挡件接收的所施加的离心力，因此止挡件的尺寸在离心单元的减小重量的情况下能够选择更小的。
径向方向相对于驱动联接构件或从动联接构件的旋转轴线成直角对齐。驱动联接构件也被命名为驱动轴。从动联接构件也被命名为从动轴。
切线方向与径向方向成直角并且与驱动轴或从动轴的旋转轴线成直角对齐。
离心装置包括止挡件，以限制离心单元在径向上的移动。移动由离心力引起。离心单元依赖于转速在径向方向上移动。离心单元的径向移动由止挡件限制。在预定移动之后，离心单元和止挡件接触。因此，施加到离心单元的负载由止挡件限制。因此，断裂能够避免。
在优选实施例中，离心单元包括主杆，主杆被可旋转地支撑。转轴布置成与从动轴或驱动轴中的至少一个相切。主杆与移位门相互作用。由此，能够提供紧凑的离心单元。
在优选实施例中，主杆由弹簧元件预加载，其中主杆的相互作用侧相对于转速在径向方向上移动。如果主杆的重心在相互作用侧上，则相互作用侧将在上升的转速的情况下向外移动。
在优选实施例中，离心装置包括释放装置。该释放装置相对于支撑轴被可旋转地支撑。由此，支撑轴相对于驱动联接构件和/或从动联接构件的旋转轴线倾斜地布置，优选地是在径向方向上对齐地布置。释放装置通过离心单元移动。如果释放装置绕支撑轴旋转，则释放元件被启动。在释放元件被启动的情况下，驱动联接构件与从动联接构件之间的连接脱开。
在优选实施例中，释放装置和止挡件是一体件，并且优选地是与支撑轴是一体件，其中支撑轴与驱动联接构件连结。支撑轴相对于支撑轴的轴向轴线可移动，但相对于驱动联接构件的径向方向在径向方向上固定。由此，能减少所需的零件并且由此降低成本。
在优选实施例中，主杆和释放元件是连接起来的单独的元件，其中由移位门引入的主杆的移动引起释放装置的旋转移动。
在优选实施例中，离心装置包括释放元件壳体，该释放元件壳体可移除地连接到释放装置和/或离心单元。释放元件壳体被移除，以更换释放元件。该方案具有以下优点，安全联轴器能够非常紧凑，并且用于更换释放元件的主杆的拆卸是不需要的。释放元件壳体负责使释放元件通过释放装置绕支撑轴的旋转移动来启动。
在优选实施例中，止挡件是释放装置的一部分。因此，在离心单元、尤其是主杆倚靠在止挡件上的情况下，止挡件和离心单元的相对移动在释放装置的旋转移动的情况下不会发生。
通过使用依赖于离心力而移动的离心单元和不依赖于所施加的离心力而移动的单独的释放装置，能够降低离心单元的稳定性并由此减小重量。
在优选实施例中，离心单元和释放装置是单独的部件。仅离心单元依赖于自身的转速在径向方向上移动。释放装置与离心单元接合，以将移动传递到由移位门和离心单元启动的释放装置。离心单元的径向移动不会影响释放装置。特别地是，离心装置与离心单元旋转接合。如果离心单元通过与移位门的相互作用而移动，尤其旋转时，则移动传递到释放装置，以释放该释放元件。该实施例具有以下优点，径向移动部件的重量减小了。由此，有效离心力减小了。这使得能够提供具有减少重量的离心装置。
在一个实施例中，止挡件是包围离心装置的壳体的一部分。通过止挡件，作用在离心单元上的有效离心力得到限制。
安全联轴器可用于转速超过1000rpm、优选地是超过1500rpm直至3600rpm加上10％超速的应用中。
在优选实施例中，移位门包括偶数的释放突起。这具有以下优点，使安全联轴器平衡能在减少的工作的情况下进行。
在优选实施例中，移位门包括截面突起，以在释放之前提供延长的滑动。
在优选实施例中，移位门包括下释放突起。下释放突起实现安全联轴器在低转速下的释放。因此，如果在驱动联接构件的旋转移动的开始期间存在阻挡，则释放通过下释放突起来启动。为了提供平衡的安全联轴器，具有偶数的下释放突起是有利的。
安全联轴器设计成用于传动系，传动系包括燃气轮机或燃气发动机和发电机。这种传动系特别用于提供电能。安全联轴器布置在燃气发动机或燃气轮机与发电机之间。
在传动系的优选实施例中，齿轮布置在燃气轮机或燃气发动机与发电机之间。安全联轴器布置在燃气轮机或燃气发动机与齿轮之间。
这种传动系用于提供电能并且将电能引入电网中。由于将电能施加到电网中的增加数目的小型能源提供设备，因此电网变得更加敏感。为了稳定电网，需要在能源提供设备的故障之后的预定量时间之后施加电能。通过使用本发明的安全联轴器，能在滑动期间中提供电能。
本发明的其它方面和优点将会从结合附图进行的以下描述变得明显，附图通过实例示出了本发明的原理。
附图说明
通过参考目前优选实施例的以下描述以及附图，可以最佳地理解本发明以及其目的和优点。
图1：示出了安全联轴器的3D视图；
图2：示出了图1的安全联轴器的滑动；
图3：示出了在最内位置处的具有离心装置的安全联轴器的实施例的侧视图；
图4：示出了在中间位置处的安全联轴器的侧视图；
图5：示出了在最外位置处的安全联轴器；
图6：以3D图示示出了安全联轴器；
图7：示出了包括本发明的安全联轴器的传动系；
图8：示出了包括本发明的安全联轴器的另一传动系。
具体实施方式
图1示出了与从动联接构件5接合的驱动联接构件3。在所示实例中，从动联接构件5和驱动联接构件3摩擦接合，如图5中所示。接合由图3至5中示出的双壁中空套筒13提供。双壁中空套筒13是驱动联接构件的一部分或可连接到驱动联接构件。驱动联接构件3的摩擦表面7与从动联接构件5的摩擦表面9接合，如图5中所示。为了将驱动联接构件3与从动联接构件5接合，双壁中空套筒13填充有在预定压力的液压流体15，以确保接合达到预定转矩。
也能通过不同的机构、例如预加载的形状配合连接来提供驱动联接构件和从动联接构件的连接，其中形状配合连接的释放可以通过安全联接机构来释放。预加载可以例如由弹簧元件提供。
在图1的所示实施例中，安全联轴器1安装在驱动联接构件3上。安全联轴器1作为过载保护机构11。
从动联接构件5包括移位门50。移位门50布置在从动联接构件5的径向方向93上。移位门包括下释放突起57和释放突起55。下释放突起57在下半径处布置作为释放突起55。下释放突起57启动驱动联接构件和从动联接构件在低转速下的脱开。图3和图7示出了安全联轴器1在其最内位置处的不同实施例。如果安全联轴器1处于最内位置并且驱动联节构件和从动联接构件之间的滑动发生，则安全联轴器的释放通过下释放突起中的一个下释放突起来启动。低转速通常是达到100rpm的速度。
通过选择下释放突起57的径向位置和下释放突起57的在径向方向93上的延伸，驱动联接构件3和从动联接构件5的脱开被预先确定。滑动的最大角度由下释放突起57的数目和下释放突起57之间的切向距离预先确定。低转速下释放之前的滑动的最大值用附图标记61示出。在图2中，示出了具有四个下释放突起57的实例。
在图1和2中所示的实例中，释放突起55与截面突起53结合。通过使用截面突起，滑动角度的最大值能够延长。如果安全联轴器的相互作用部分2处于截面突起53上方的径向位置处，则安全联轴器1能够仅由释放突起55启动。在该实施例中，相互作用部分2在不断增大的转速的情况下在径向方向上向外移动。在所示的实例中，提供了四个释放突起55和四个截面突起53。在释放能够由释放突起启动之前，截面突起53提供伸长的滑动。为了提供更大的最大滑动角度，释放突起55的数目能够减少。释放之前的高转速下的最长滑动在图2中用附图标记67示出。释放之前的高转速下的最短滑动用附图标记65示出。由短转矩峰值产生的滑动在图2中用附图标记63示出。短转矩峰值导致短滑动63，其比释放安全联轴器所需的高速下的最短滑动65短。
在图3至图6中，示出了安全联轴器的一个实施例。安全联轴器1在剖视图中示出。安全联轴器包括离心装置22，以提供过载保护机构11。离心装置22包括离心单元24。离心单元包括主杆71。主杆71由螺旋弹簧73预加载，如图6中所示。螺旋弹簧73包括两个腿部。螺旋弹簧的绕圈安装在安装元件81上。在这种情况下，弹簧73的绕圈安装在主杆71的转轴75上。弹簧71的一个腿部通过第一弹簧连接部77与主杆连接。弹簧73的第二腿部与第二固定弹簧连接部79连接。呈剪切管的形式的释放元件17由释放元件83的壳体包围。释放元件83的壳体通过螺钉牢固地安装于释放装置21并且能够被移除，以更换释放元件17。为了使离心装置22紧凑，释放元件17安装在部分地处在主杆71下方的驱动联接构件3中。液压通道19由释放元件17关闭。释放元件包括头部18，头部18通过使释放装置21的旋转来剪断。释放装置21旋转地安装在支撑轴23上。支撑轴23处在驱动联接构件3内。支撑轴具有轴向轴线29。
主杆71具有相互作用侧72。相互作用侧72与移位门50相互作用，特别地是与释放突起55和下释放突起57以及截面突起53相互作用。在所示实施例中，主杆包括止挡杆31。止挡杆31安装在安装轴33上。安装轴33在相对于驱动联接构件3的旋转的切向方向95上对齐。在施加到主杆71的离心力和主杆71的相互作用侧72在径向方向上向外的移动的情况下，止挡杆31与止挡件43相互作用，并且该移动被限制到截面突起53。在短峰值的滑动63的情况下，主杆71在径向方向93上移动。在具有止挡杆31的主杆71在径向方向上移动超过截面突起53的情况下，在短滑动之后，主杆71径向向内移动，由此止挡杆31转动，以克服截面突起53。止挡杆31由弹簧32预加载。
通过施加离心力，主杆71向外移动，直到离心止挡件35。在该实施例中，离心止挡件35布置在释放装置21处，其中，释放装置21是离心装置22的一部分。
离心单元24包括止挡杆31和主杆71。主杆由螺旋弹簧73预加载，并且止挡杆由弹簧32预加载。止挡杆31布置在离心单元24的相互作用侧72处。在滑动发生并且离心单元24的相互作用侧72伸长超过截面突起53并且与释放突起55中的一个释放突起相互作用的情况下，离心单元22被转动。主杆71与释放装置21旋转接合并且释放装置21也被转动。通过转动释放装置，释放元件18的头部18被剪断。液压流体将出去，并且驱动联接元件3和从动联接元件5之间的连接脱开。
图4示出了在中间位置处的离心单元24，并且在图5中示出了在最外位置处的离心单元。离心单元24的主杆71与止挡件35的表面接触。因此，主杆71具有用于主杆71的安装座的功能，以限制施加至主杆71的有效离心力。
离心装置22由主壳体37包围，主壳体37包括主板39和侧壁41。主壳体37装备有用于将离心单元24相对于移位门50约束在脱开位置中的机构。
没有弹簧32和螺旋弹簧73的情况下的离心单元的重心布置在移位门50一侧上。因此，离心单元通过施加离心力向外移动。
在重心不布置在离心单元24的相互作用侧72上并且相对于主杆71的转轴75布置在另一侧上的情况下，离心单元24的相互作用侧将在施加离心力的作用下向内移动。在那种情况下，移位门50必须与其适应。
图7示出了传动系100，传动系100包括燃气轮机120或燃气发动机110、齿轮130和发电机140。这种传动系用于提供电能并且使电网稳定。
传动系包括安全联轴器，安全联轴器至少在预定角度期间允许滑动。通过超过预定角度的滑动，确保了在故障的情况下，电能在预定的最小的持续时间内提供。因此，在电能提供设备的故障的情况下，能够避免电网的崩溃。
图8公开了一种传动系100，传动系100包括用于驱动驱动轴3的燃气发动机110或燃气轮机120和由从动轴5驱动的发电机140，其中，在燃气发动机110和发电机140之间布置有安全联轴器。
附图标记列表
1 安全联轴器
2 安全联轴器的相互作用部分
3 驱动联接构件、驱动轴
5 从动联接构件、从动轴
6 摩擦连接
7 驱动构件的摩擦表面
9 从动构件的摩擦表面
11 过载保护机构
13 双壁中空套筒
15 液压流体
17 剪切管、释放元件
18 释放元件/剪切管的头部
19 液压通道
21 释放装置
22 离心装置
23 支撑轴(在径向方向上的旋转轴线)
24 离心单元
29 支撑轴23的轴向轴线
30 用于预加载主杆的弹簧元件
31 止挡杆(在驱动元件的切向方向上定向的旋转轴线)
32 弹簧
33 31的安装轴
34 释放元件的安装座
35 离心止挡件
37 主壳体
39 主板
41 侧壁
43 止挡件(31)
50 移位门
53 截面突起
55 释放突起
57 下释放突起
61 在释放之前的低转速下的最大滑动
63 滑动峰值
65 在释放之前的高速下的最短滑动
67 在释放之前的高速下的最长滑动
71 主杆
72 相互作用侧
73 螺旋弹簧
75 转轴
77 第一弹簧连接部，与主杆的连接部
79 第二弹簧连接部，固定弹簧连接部
81 弹簧元件的安装元件
83 释放元件的壳体
91 轴向方向
93 径向方向
95 切向方向
100 传动系
110 燃气发动机
120 燃气轮机
130 齿轮
140 发电机

Claims (18)

1.安全联轴器(1)，所述安全联轴器(1)包括驱动联接构件(3)，所述驱动联接构件(3)通过摩擦连接(6)与从动联接构件(5)接合，其中所述摩擦连接(6)能够通过启动释放元件(17)来断开，其中所述释放元件(17)能够由离心装置(22)启动，其中所述离心装置(22)的离心单元(24)能够移动，以依赖于所述驱动联接构件(3)的转速和所述驱动联接构件(3)与所述从动联接构件(5)之间的滑动而与移位门(50)相互作用，
其特征在于，
所述离心装置(22)包括止挡件(35)，以限制施加到所述离心单元(24)的离心力，其中，
所述离心单元(24)包括主杆(71)，所述主杆(71)被可旋转地支撑，其中所述主杆(71)可旋转地安装，并且所述主杆(71)的相互作用侧依赖于所述转速而在径向方向(93)上移动，并且该相互作用侧与所述移位门(50)相互作用。
2.根据权利要求1所述的安全联轴器，
其特征在于，所述主杆(7)由转轴(75)支撑，所述转轴(75)布置成与所述从动联接构件或所述驱动联接构件(3、5)中的至少一个相切。
3.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述主杆(71)由弹簧元件(73)预加载，其中所述主杆(71)的相互作用侧(72)依赖于所述转速而在径向方向上移动。
4.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述离心装置(22)包括释放装置(21)，其中所述释放装置(21)相对于支撑轴(23)被可旋转地支撑，其中所述支撑轴(23)相对于所述驱动联接构件(3)和/或所述从动联接构件(5)的旋转轴线倾斜地布置，其中所述释放装置(21)通过所述离心单元(24)移动。
5.根据权利要求4所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述支撑轴(23)相对于所述驱动联接构件(3)和/或所述从动联接构件(5)的旋转轴线在径向方向上布置。
6.根据权利要求4所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述离心装置(22)包括释放元件壳体(75)，所述释放元件壳体(75)可移除地连接到所述释放装置(21)或所述离心单元(24)，其中所述释放元件壳体(75)被移除，以更换所述释放元件(17)。
7.根据权利要求4所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述止挡件(35)是所述释放装置(21)的一部分。
8.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述安全联轴器(1)能够用于所述驱动联接构件(3)的转速超过1000rpm的应用中。
9.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述安全联轴器(1)能够用于所述驱动联接构件(3)的转速超过1500rpm的应用中。
10.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述移位门(50)包括偶数的释放突起(55)。
11.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述移位门(50)包括截面突起(53)，以在释放之前提供延长的滑动。
12.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述移位门(50)包括下释放突起(57)。
13.根据权利要求1或2所述的安全联轴器，
其特征在于，
所述移位门(50)包括偶数的下释放突起(57)。
14.离心装置(22)，所述离心装置(22)包括支撑轴(23)，所述支撑轴(23)能够连接到驱动联接构件(3)或从动联接构件(5)，其中所述支撑轴包括轴向轴线(30)，并且离心止挡件(35)布置成相对于所述支撑轴的轴向轴线在轴向上固定，并且所述支撑轴支撑被可旋转地支撑的主杆(71)，所述离心装置(22)包括释放装置(21)，所述释放装置(21)由所述支撑轴(23)以可旋转的方式支撑，如果所述释放装置(21)绕所述支撑轴(23)旋转，则所述释放装置(21)启动释放元件，使得所述驱动联接构件(3)与所述从动联接构件(5)之间的连接脱开。
15.根据权利要求14所述的离心装置(22)，
其特征在于，所述释放装置的质心位于所述支撑轴(23)的轴向轴线上。
16.根据权利要求14所述的离心装置(22)，
其特征在于，所述离心止挡件(35)是所述释放装置(21)的一部分。
17.传动系(1)，所述传动系(1)包括发电机(140)和燃气轮机(120)或燃气发动机(110)，其特征在于，
所述传动系(1)包括根据根据权利要求1-13中的任一项所述的安全联轴器(1)。
18.根据权利要求17所述的传动系(1)，
其特征在于，
所述传动系(1)包括齿轮(130)，所述齿轮(130)布置在所述燃气发动机(110)或所述燃气轮机(120)与所述发电机(140)之间的连接部中。
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