CN110397683B - 一种安全联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全联轴器，属于联轴器领域，包括连接电机输出轴的第一联轴节和连接负载的第二联轴节，第一联轴节包括一体结构的第一轴套段和连接段，第二联轴节包括一体结构的轴套和中心环套，中心环套内部设有一端为开口的容纳腔，容纳腔内径与连接段的外径相匹配，连接段通过容纳腔的开口端安装在容纳腔中，中心环套沿径向方向设有滑动连动机构，所述中心环套上设有与滑动连动机构对应的限位构件。本发明公开的一种安全联轴器结构合理，可重复使用，性能稳定，当电机输出轴转速超过负载极限转速时第一联轴节和第二联轴节不再连动，避免转速过大损坏负载。

Description

一种安全联轴器

技术领域

本发明属于联轴器领域，尤其涉及一种安全联轴器。

背景技术

传统联轴器多为硬性连接，若电机端电流电压出现较大幅度波动，导致电机转速陡然升高，此时很可能由于该转速超过负载极限转速致使负载损坏，无法保障负载的安全使用，这是该领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种结构合理，可重复使用，性能稳定，当电机输出轴转速超过负载极限转速时第一联轴节和第二联轴节不再连动，避免转速过大损坏负载的安全联轴器。

本发明是这样实现的，一种安全联轴器，包括连接电机输出轴的第一联轴节和连接负载的第二联轴节，所述第一联轴节包括一体结构的第一轴套段和连接段，所述第二联轴节包括一体结构的轴套和中心环套，所述中心环套内部设有一端开口的容纳腔，所述容纳腔内径与所述连接段的外径相匹配，所述连接段通过所述容纳腔的开口端安装在所述容纳腔中，所述中心环套沿径向方向设有滑动连动机构，所述中心环套上设有与滑动连动机构对应的限位构件，所述中心环套通过所述滑动连动机构沿中心环套径向滑动实现所述中心环套与所述连接段的连动或不连动。

在上述技术方案中，优选的，所述滑动连动机构包括第一通孔、第二通孔、滑动安装在第二通孔中的限位销，所述限位构件包括螺柱、钢珠和两端分别固定连接所述螺柱和所述钢珠的弹簧；

所述中心环套沿其圆周方向均布设置数个所述第二通孔，所述第二通孔沿中心环套径向贯穿所述中心环套侧壁，在所述第二通孔内沿所述中心环套轴向方向设有内设螺纹的通孔，所述通孔内螺装有连接弹簧的螺柱；所述限位销与所述通孔对应的侧壁上设有与所述钢珠匹配的数个限位槽；

所述连接段沿其外圆周方向均布设置数个与所述第二通孔相对应的所述第一通孔，在中心环套和连接段处于连动状态时，所述限位销插接在连接段的第一通孔内；在中心环套和连接段处于不连动状态时，所述限位销离开连接段的第一通孔。

在上述技术方案中，优选的，所述限位槽包括沿所述中心环套径向由其内圆周侧向外圆周侧设置的第一球面槽和第二球面槽，所述第一球面槽内径略小于所述第二球面槽内径，当中心环套和连接段处于连动状态时，所述钢球位于第一球面槽内；当中心环套和连接段处于不连动状态时，所述钢球位于第二球面槽内，所述第二球面槽槽面贴合所述钢珠球面。

在上述技术方案中，优选的，所述第二通孔内所述通孔的对侧沿所述中心环套径向方向设有导轨，所述导轨靠近所述中心环套外圆周的一端为封闭端，所述导轨另一端与所述中心环套容纳腔连通，所述限位销与所述导轨对应的侧壁上设有与该导轨匹配的导向柱。

在上述技术方案中，优选的，所述连接段内部设有空腔，所述第一通孔连通所述空腔。

在上述技术方案中，优选的，所述限位销靠近所述中心环套外圆周的一端可拆卸地连接配重块。

综上所述，第一联轴节的连接段通过滑动连动机构连动或不连动第二联轴节的中心环套，当电机输出轴的转速在负载的极限转速范围内时，钢珠抵接在第一球面槽中，限位销靠近连接段的一端插装入第一通孔，第一球面槽保证在该转速范围内钢珠不会从限位槽中脱出，使电机输出轴带动第二联轴节转动；当电机输出轴的转速超过负载的极限转速时，限位销所受的离心力大于摩擦力，滑动连动机构向中心环套外圆周发生离心位移，钢珠从第一球面槽滑出并滑入第二球面槽，限位销靠近连接段的一端移出第一通孔，第一联轴节的连接段与第二联轴节的中心环套不再连动，使第二联轴节失去动力、逐渐停止转动，有效避免转速过大损坏负载。

附图说明

图1是本发明实施例提供的立体图；

图2是本发明实施例提供的爆炸图；

图3是图2中第二联轴节的结构示意图；

图4是图2中限位销的结构示意图；

图5是连动状态时限位销和限位构件位置关系的示意图；

图6是不连动状态时限位销和限位构件位置关系的示意图；

图7是图2中第一联轴节的剖视图；

图8是图7中的A-A剖视图；

图9是本发明另一实施例的立体图。

图中：1、第一联轴节；11、第一轴套段；12、连接段；121、第一通孔； 122、空腔；2、第二联轴节；21、轴套；22、中心环套；23、滑动连动机构； 231、第二通孔；232、通孔；233、弹簧；234、钢珠；235、限位销；236、限位槽；237、第一球面槽；238、第二球面槽；239、导轨；230、导向柱；24、容纳腔；25、限位构件；26、螺柱；27、配重块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种安全联轴器结构合理，可重复使用，性能稳定，当电机输出轴转速超过负载极限转速时第一联轴节1和第二联轴节2不再联接，避免转速过大损坏负载，为了进一步说明本发明，结合附图进行详细阐述如下：

一种安全联轴器，包括连接电机输出轴的第一联轴节1和连接负载的第二联轴节2，所述第一联轴节1包括一体结构的第一轴套段11和连接段12，所述第二联轴节2包括一体结构的轴套21和中心环套22，所述中心环套22内部设有一端开口的容纳腔24，所述容纳腔24内径与所述连接段12的外径相匹配，所述连接段12通过所述容纳腔24的开口端安装在所述容纳腔24中，所述中心环套22沿径向方向设有滑动连动机构23，所述中心环套22上设有与滑动连动机构23对应的限位构件25所述中心环套22通过所述滑动连动机构23沿中心环套22径向滑动实现所述中心环套22与所述连接段12的连动或不连动。

如图1、图2所示，第一联轴节1的连接段12安装在第二联轴节2中心环套22的容纳腔24中，连接段12通过滑动连动机构23连动中心环套22，通过限位构件25对滑动连动机构23进行限位，电机输出轴通过该安全联轴器带动第二联轴节2运转，当电机输出轴转速升高至大于负载的极限转速时，滑动连动机构23的离心力大于摩擦力，通过限位构件25解除限位、滑动连动机构23 向中心环套22外圆周发生离心运动，使第一联轴节1的连接段12与第二联轴节2的中心环套22不再连动，第二联轴节2失去动力、逐渐停止转动，有效避免转速过大损坏负载。

在上述技术方案中，优选的，所述滑动连动机构23包括第一通孔121、第二通孔231、滑动安装在第二通孔231中的限位销235，所述限位构件25包括螺柱26、钢珠234和两端分别固定连接所述螺柱和所述钢珠234的弹簧233；所述中心环套22沿其圆周方向均布设置数个所述第二通孔231，所述第二通孔 231沿中心环套22径向贯穿所述中心环套22侧壁，在所述第二通孔231内沿所述中心环套22轴向方向设有内设螺纹的通孔232，所述通孔232内螺装有连接弹簧233的螺柱26；所述限位销235与所述通孔232对应的侧壁上设有与所述钢珠234匹配的数个限位槽236；所述连接段12沿其外圆周方向均布设置数个与所述第二通孔231相对应的所述第一通孔121，在中心环套和连接段处于连动状态时，所述限位销235插接在连接段的第一通孔内；在中心环套和连接段处于不连动状态时，所述限位销235离开连接段的第一通孔。

如图2、图3、图7所示，中心环套22与螺柱26通过螺纹连接的设计，便于限位构件25的装卸；限位槽236可设有数个，不同限位槽236的内径由中心环套22外圆周向内圆周增大，钢珠234直径小于通孔232直径，钢珠234抵接在限位槽236内，限位销235横截面与第二通孔231相匹配可沿第二通孔231 滑动，限位销235与第二通孔231的接触面进行抛光处理，降低限位销235滑动时的摩擦力，避免随着电机转速升高，限位销235摩擦力大于离心力，限位销235无法滑动，进而实现第一联轴节1和第二联轴节2连动。连接第一联轴节1和第二联轴节2时，将第一联轴节1和第二联轴节2旋转至第一通孔121 和第二通孔231同轴线位置，限位销235靠近连接段12的一端移入第一通孔121，通孔232中弹簧233将钢珠234抵接在限位销235较小的限位槽236中，限位销235连接中心环套22和连接段12，电机输出轴旋转时通过滑动连动机构23 带动第二联轴节2转动，钢珠234在该限位槽236中的安装深度可以保证在负载的极限转速范围内钢珠234不会从限位槽236中脱落。当电机输出轴转速上升至大于负载的极限转速时，限位销235的离心力大于摩擦力，限位销235向中心环套22外圆周发生离心位移，钢珠234回缩入通孔并从较小的限位槽236 向中心环套22外圆周移动至较大的限位槽236，限位销235靠近连接段12的一端移出第一通孔121，第一联轴节1的连接段12与第二联轴节2的中心环套22 不再连动，使第二联轴节2失去动力、逐渐停止转动，有效避免转速过大损坏负载。该联轴器结构合理，可重复使用，性能稳定。进一步，容纳腔24内圆周与连接段12外圆周之间存在间隙，第一联轴节1和第二联轴节2之间通过限位销235传递力矩，该间隙还可补偿运转时联轴器的输入轴和输出轴沿轴向和径向的相对位移，起缓冲减振的作用，保护联轴器不易损坏。优选的，圆柱形通孔232设置在第二通孔231靠近轴套21的侧壁上，第一通孔121和第二通孔231 各设置4个，可将第一联轴节1的扭矩有效传递至第二联轴节2。

在上述技术方案中，优选的，所述限位槽236包括沿所述中心环套22径向由其内圆周侧向外圆周侧设置的第一球面槽237和第二球面槽238，所述第一球面槽237内径略小于所述第二球面槽238内径，当中心环套22和连接段处于连动状态时，所述钢球位于第一球面槽237内；当中心环套22和连接段处于不连动状态时，所述钢球位于第二球面槽238内，所述第二球面槽238槽面贴合所述钢珠234球面。如图5、图6所示，第一球面槽237内径略小于钢珠234直径，便于钢珠滑出。其中，第二球面槽238小于且接近于半球面槽，便于钢珠234 压入第二球面槽238，避免电机转速过高时钢珠234从第二球面槽238中滑出。

在上述技术方案中，优选的，所述第二通孔231内所述通孔的对侧沿所述中心环套22径向方向设有导轨239，所述导轨239靠近所述中心环套22外圆周的一端为封闭端，所述导轨239另一端与所述中心环套22容纳腔连通，所述限位销235与所述导轨239对应的侧壁上设有与该导轨239匹配的导向柱230。如图4所示，导轨239对导向柱230进行导向和限位。导轨239一端为封闭端，避免了安全联轴器转动超速时将限位销235甩出中心环套22，该导轨239长度可满足钢珠234在不同限位槽236间移动，同时该结构使安全联轴器便于安装和维护，导轨239另一端与中心环套22容纳腔连通，便于限位销235安装。优选的，导轨239可设置在第二通孔231靠近第一轴套的侧壁上，导轨239也可设置在第二通孔231靠近轴套的侧壁上。

在上述技术方案中，优选的，所述连接段12内部设有空腔122，所述第一通孔121连通所述空腔122。如图7、图8所示，在满足扭矩需要的情况下，空腔122结构可节省材料、减轻重量。该设计采用模锻制造加工，加工精度高，节省材料，生产效率高。

在上述技术方案中，优选的，所述限位销235靠近所述中心环套22外圆周的一端可拆卸地连接配重块27。如图9所示，可通过在限位销235端部增加不同材质的配重块27，增加限位销的重量，增大限位销235所受的离心力，使本设计适用于不同转速的电机。其中，配重块可通过螺纹连接、卡接等方式可拆卸的连接在限位销235上，便于更换，使本设计具备更强的通用性。

工作原理：安装时，第一步，安装限位销235，先将限位销235靠近连接段 12的一端插装入第二通孔231中，再将第一联轴节1的连接段12安装在第二联轴节2的容纳腔24中，将第二通孔231与第一通孔121旋转对正，限位销235 的靠近连接段12的一端移入第一通孔121；第二步，安装限位构件25，先将钢球从中心环套22上通孔232的内螺纹端放入通孔，再将螺柱26螺装在通孔232 内，弹簧233将钢珠234抵接在限位销235较小的限位槽236中；第三步，将电机输出轴连接第一联轴节1的第一轴套段11，负载输入轴连接第二联轴节2 的轴套21，此时，还可在限位销235端部增加不同材质的配重块27。

工作正常状态中，中心环套22通过滑动连动机构23使中心环套22与连接段12连动；随着电机输出轴转速上升至大于负载的极限转速时，当限位销235 所受离心力大于摩擦力，限位销235向中心环套22外圆周发生离心位移，钢珠 234从较小的限位槽236向中心环套22外圆周移动至较大的限位槽236，限位销235靠近连接段12的一端移出第一通孔121，第一联轴节1的连接段12与第二联轴节2的中心环套22不再连动，使第二联轴节2失去动力、逐渐停止转动，有效避免转速过大损坏负载。

其中，限位销235主要受到离心力和来自扭力、限位构件25正压力产生的摩擦力，当电机输出轴转速上升，使限位销235所受离心力大于摩擦力时，限位销235向中心环套外圆周发生离心位移。

电机扭矩计算公式：T＝9550·P/n

式中：T为扭矩，P为功率，n为转速。

扭力计算公式：F_n＝T/M

式中：F_n为扭力，M为扭矩。

根据牛顿第二定律计算离心力：f＝m·a

式中：m为质量。

a＝ω²r＝v²/r＝4π²r/t²

向心加速度计算公式为：

式中：r为物体圆周运动的半径，t为物体圆周运动的周期。

本发明的一个实施例中，电机额定功率为1kw，该安全联轴器采用不锈钢 (钢密度取7900kg/m³)制造，限位销235设计体积为1.96x10^-5m³，重量为0.155kg，半径为0.05m，下表为摩擦系数表，可知钢-钢摩擦系数为0.15。

当电机转速上升至1500r/min时，可计算出电机扭矩T为6.36M·N，力臂M 为0.025m，则计算出扭力F_n为254.6N，此时由扭力产生的摩擦力： F₁＝μF_n＝0.15×254.6＝38.19N

此时弹簧233弹力为30N，根据经验取正压力为100N，此时弹簧233产生的摩擦力为：F₂＝μF_N＝0.15×100＝15N

由联轴器参数计算出限位销235所受离心力f为191N，此时限位销235所受总摩擦力为：F＝F₁+F₂＝38.19+15＝53.19N

由于限位销235所受摩擦力F远小于离心力f，则可知当电机转速上升至1500 r/min时，该安全联轴器必定不再连动，可避免电机转速过大损坏负载。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，如将滑动连动机构换成转动副等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种安全联轴器，包括连接电机输出轴的第一联轴节（1）和连接负载的第二联轴节（2），其特征在于，所述第一联轴节（1）包括一体结构的第一轴套段（11）和连接段（12），所述第二联轴节（2）包括一体结构的轴套（21）和中心环套（22），所述中心环套（22）内部设有一端为开口的容纳腔（24），所述容纳腔（24）内径与所述连接段（12）的外径相匹配，所述连接段（12）通过所述容纳腔（24）的开口端安装在所述容纳腔（24）中，所述中心环套（22）沿径向方向设有滑动连动机构（23），所述中心环套（22）上设有与滑动连动机构（23）对应的限位构件（25），所述中心环套（22）通过所述滑动连动机构（23）沿中心环套（22）径向滑动实现所述中心环套（22）与所述连接段（12）的连动或不连动；

所述滑动连动机构（23）包括第一通孔（121）、第二通孔（231）、滑动安装在第二通孔（231）中的限位销（235），所述限位构件（25）包括螺柱（26）、钢珠（234）和两端分别固定连接所述螺柱和所述钢珠（234）的弹簧（233）；

所述中心环套（22）沿其圆周方向均布设置数个所述第二通孔（231），所述第二通孔（231）沿中心环套（22）径向贯穿所述中心环套（22）侧壁，在所述第二通孔（231）内沿所述中心环套（22）轴向方向设有内设螺纹的通孔（232），所述通孔（232）内螺装有连接弹簧（233）的螺柱（26）；所述限位销（235）与所述通孔（232）对应的侧壁上设有与所述钢珠（234）匹配的数个限位槽（236）；

所述连接段（12）沿其外圆周方向均布设置数个与所述第二通孔（231）相对应的所述第一通孔（121），在中心环套和连接段处于连动状态时，所述限位销（235）插接在连接段的第一通孔内；在中心环套和连接段处于不连动状态时，所述限位销（235）离开连接段的第一通孔；

所述限位槽（236）包括沿所述中心环套（22）径向由其内圆周侧向外圆周侧设置的第一球面槽（237）和第二球面槽（238），所述第一球面槽（237）内径小于所述第二球面槽（238）内径，当中心环套和连接段处于连动状态时，所述钢珠位于第一球面槽（237）内；当中心环套和连接段处于不连动状态时，所述钢珠位于第二球面槽（238）内，所述第二球面槽（238）槽面贴合所述钢珠（234）球面；

所述第二通孔（231）内所述通孔的对侧沿所述中心环套（22）径向方向设有导轨（239），所述导轨（239）靠近所述中心环套（22）外圆周的一端为封闭端，所述导轨（239）另一端与所述中心环套（22）容纳腔连通，所述限位销（235）与所述导轨（239）对应的侧壁上设有与该导轨（239）匹配的导向柱（230）。

2.如权利要求1所述的安全联轴器，其特征在于，所述连接段（12）内部设有空腔（122），所述第一通孔（121）连通所述空腔（122）。

3.如权利要求1所述的安全联轴器，其特征在于，所述限位销（235）靠近所述中心环套（22）外圆周的一端可拆卸地连接配重块（27）。