CN1119536C - 一种限矩联结装置 - Google Patents

Abstract

一种限矩联接装置包括两共轴的，基本上为圆柱形的相互作用表面(12，22)，两表面分别在以一圆柱形套筒(20)和一圆柱形轴杆(10)为形式的两相互作用部件(10，20)上。套筒与轴杆径向地张紧摩擦接合以传递转矩，所传递的转矩最大为对应于径向张力的一转矩极限且同时套筒开始相对于轴杆旋转的转矩。装置还包括至少一泵装置(3)，其适合于在套筒与轴杆间的相对旋转作用下被驱动从而自一液体存储装置中泵吸液体至相互作用表面(12，22)间的间隙(B)中。装置(41)用来在所述部件发生相对旋转后引导液体自间隙(B)离开以恢复所述摩擦粘着力。部件(10)具有一底板，其包括一表面层(50)，该表面层(50)形成了相互作用表面之一(12)并由一种塑化极限远远低于另一部件(20)相互作用表面的塑化极限的材料，例如顿巴黄铜(tombak)制成。表面层(50)包括空穴，其使得表面层(50)在塑化使部件(10，20)解除了径向负载后，具有较小的径向厚度。

Description

一种限矩联结装置

本发明涉及一种在权利要求1前序部分中限定的限矩联结装置。

以下所讨论的一种联结装置公开在WO90/00231中。该已知的装置通常运行良好。这种装置经常被用在轧钢机内位于一驱动电机，例如一电动机，和一轧辊之间。传递的功率可以达到20,000KW的量级。这种轧钢机的闲置成本可高达100,000SEK/小时。

就相关的应用领域来说，装置以一相对较低的频率起动，例如一频率范围在每5年1次到每年300次之间。典型的起动频率为每年20次。

基本上，联结装置包括两共轴的、通常为圆柱形的相互作用表面，两表面分别在以一圆柱形套筒和一圆柱形轴杆为形式的两相互作用部件上，其中套筒与轴杆限矩摩擦式接触以传递转矩，直到一对应的极限转矩，超过此极限转矩值之后套筒开始相对于轴杆滑动。摩擦接合采用一些适当技术手段可被调节到一选定的程度。例如，套筒可包括一能被置于压力下的同心环形室。该联结装置包括一个或多个泵，用来将液体从一液体存储装置中吸至相互作用表面间的间隙中，这样液体将与所述相互作用表面一起形成一液压层。泵可靠所述部件间的相对旋转而被驱动。由于在相互作用的表面之间有用泵送入的液体，因此一旦超过规定的转矩所述表面就能相对另一表面滑动。这能避免对联结装置和对电动机或轧钢机的损害。为产生使转矩减少到接近零的水平的一液压层，这种已知的限矩联结装置仅需要旋转一个循环即可。

装置起动后，需要使驱动完全停止。联结装置里的泵于是将停止向相互作用的表面间泵入液体(油)。这使得液体通过通道被排出，从而在大约1分钟的时间里所述相互作用表面间的摩擦接合得以恢复。转矩极限能被选定在一较宽范围内，同时能以一较高的精确度进行设定，例如在一预期值的±10％范围内。联结装置也可具有紧凑的尺寸。

有关这种已知装置的问题在于该装置在起动前装置里所容纳的全部或部分液体/油有可能泄漏，或随着时间迁移油特性变化导致的微粒对油的污染，微粒有可能形成于，例如，在起动装置时，并且该微粒会阻塞阀、过滤器并扰乱或妨碍装置运行等。

因此这种已知的装置在起动时就有一定的发生故障的危险。装置的故障意味着相互作用表面不能充分地分离且不充足的油被压入相互作用表面间。这一故障于是可导致一相当高的转矩经由装置被传递，因而导致对例如发动机和被驱动设备的损害，同时还导致对联结装置自身的严重损害。具体考虑到这一故障的后果(比较闲置成本)，尽管该装置在常规起动之后能自动且迅速地复位，且因而能在移除或调整起动事故后迅速地回到车间操作，但所涉及的这种装置还没有发现在实际中被特别广泛地使用，

本发明的一个目的是提供对该装置的进一步改进以限制装置发生故障的影响，从而在例如由于不充足的油被压入装置相互作用的表面间导致的装置起动时发生故障后，限制装置复位所需要的暂时停工时间。

该目的通过根据权利要求1的一种装置来实现。

该装置进一步的实施例将在从属权利要求中变得明显。

尽管传统装置的相互作用表面由轻合金碳钢组成，该轻合金碳钢表面渗氮深度约0.3mm，具有约700维氏的硬度，现在依照本发明提出的所述部件之一具有一表面层，其形成了相互作用的表面之一，由一种塑化极限远远低于另一部件相互作用表面的塑化极限的材料组成。表面层可具有几毫米的厚度，例如5mm，且可由，例如，顿巴黄铜(tombak)一类的锡-铜合金组成，即例如90％铜，10％锡，1％铅。这样的合金具有约100N/m²的弹性限度。表面层还可以包括在其自由表面上以槽的形式出现的空穴。这些槽能形成轴承元件的液体分配管道。可选择的，外表面的空穴可包含其它的凹进或孔。表面层上这些空穴是用来确保表面层材料，例如在熔融时，具有比表面层原来占有的套筒和轴杆之间空隙更小的体积。因为塑化用于消除套筒与轴杆间的能量传递，表面层里空穴的尺寸最好在考虑到解除负载后套筒的内直径会减少，且轴杆上的负载被移除后轴杆的外直径会增加的事实下确定，这样有效的用于表面层的空间将减少。层的材料因而最好具有比消除了套筒与轴杆间径向应力后套筒与轴杆间空隙体积更小的净体积，同时应考虑塑化或熔融表面层时的温度条件(即表面层，套筒和轴杆的相应体积偏差)，从而在套筒与轴杆间发生相对旋转后，套筒原则上能不接触被塑化表面层旋转。这减少了在联结装置两主要部件间的相对旋转作用下表面层材料吸收一定数量的能量后使材料熔融的风险。

表面层的塑化导致液态极限或表面层材料屈服应力连续减少。该表面层使得当液压轴承作用不能被维持时被传递的转矩受到限制。联结装置的输入轴与其输出轴间的能量传递借助外部装置可以被监控和停止，例如通过检测装置的输入和输出部件间速度的可能差别，以用来限制所述部件间的相对旋转。

本发明对于防止对被驱动设备及驱动设备的损害是有效的，还可限制对限矩装置的损害。

在塑化(表面层熔融)后联结很容易通过对所述层和载有表面层的那一部件(轴杆)加热而恢复。因为表面层由具有高热膨胀系数的材料(顿巴黄铜(tombak))组成，因此该层将从所述部件(轴杆)的底板上松动，并很容易与轴杆脱离。以顿巴黄铜(tombak)—套筒为形式的替换表面层能被简单地插入/推压在相关部件(10，20)上并借助，比如胶接合而被固定其上，该接合在恢复过程中由所施加的热或在塑化表面层时被破坏。

现将参考附图通过实施例说明本发明。

图1为一种限矩联结装置的示意性轴向剖面图。

图1中所示装置基本上是以根据WO90/00231的装置为基础的，其描述的方式包含在本文件中。

该联结装置主要包括一圆柱形枢轴10和环绕枢轴/轴杆10的一套筒20，所述轴杆10和套筒20分别具有法兰连接11和21用以连接一驱动系统，例如一大型电动机和属于轧钢机的一轧辊。套筒20具有一与在轴杆10上的外表面12相互作用的内表面22。套筒壁内包括一油腔A，其能被一定压力，例如压力范围在0-50mpa内的泵入油置于压力下，以使相互作用表面12，22间在接触面B处摩擦接合。所能传递的摩擦粘着力和最大转矩由腔A内的油压决定。经由一注入管道泵入油后，管道(未表示出)内的一阀(未表示出)被关闭。圆柱形部件20包括一被安装成与部件20共轴旋转的轮毂30。轮毂30在其外侧上具有一相对轮毂轴偏心的轴承5。许多油泵3在轴承5和所述部件的内表面间沿径向运转。泵具有连接管道4，由此油被泵至接触面B，例如至其纵向中央区域。油沿接触面扩散并能，例如，经由接触面B一端的一管道41收集而回到泵空间。一定数量的油可被封闭在泵空间内部，以在部件10，20相对旋转时直接被各自的泵吸出并被压出至接触面B。由于轮毂30的外表面是偏心的(轴承5相对于部件10，20的偏心位置)，泵5会在这样的相对旋转下开始运转。与套筒20相互作用的轴杆10部分具有一顿巴黄铜(tombak)的表面层50(90％铜，10％锡，1％铅)。层50在其自由主表面上有槽51。槽51也可被用来作为分配来自于泵3的油的分配管道。油经由管道40自泵3被泵至接触面B的纵向中央区域，并在那儿轴向地流至接触面B的两端，如图中箭头所示。一股油被直接传递至泵腔，同时另一股油经由延伸回油泵腔的管道41收集起来。

除了在所述层上的槽51之外，一完全被层50填充的空间位于轴杆10和套筒20之间。槽51还用来容纳由于部件10，20间的相对旋转而被塑化的层50的部分。部件20的表面22由钢组成并与层50的顿巴黄铜(tombak)表面相互作用。顿巴黄铜(tombak)层50在正常转矩下能传递转矩。但，当转矩负载超过预定值时，钢表面22开始相对于顿巴黄铜(tombak)层50滑动。由于塑化或熔融，摩擦热和/或相对移动导致层50迅速地变形。槽51使层50表面内的材料沿径向在远离表面22的方向移动。在套筒和轴杆被解除径向负载后同时考虑到变形表面层的状态和温度，层的净体积应被适当地容纳于套筒与轴杆间的空间内。这减少了材料50吸收如此大能量从而导致材料熔融的风险。塑化导致了材料液态极限的连续减少。通常，材料50不进入熔融阶段。由于材料50的塑化和所述材料的移动，如果泵3不能将油泵入接触面B内，部件10，20间的能量传递将受到限制。

理所当然的，轴杆和套筒间的摩擦接合可用除了如图所示实施例中向液压室A加压之外的方法实现。例如，套筒和轴杆可为圆锥形并在轴向同时被驱动以达到一选定的摩擦粘着力，即，一选定的上转矩传输极限。当套筒和轴杆具有预设尺寸以达到一给定的摩擦粘着力时，粘着力能通过所谓的热收缩或通过套筒与轴杆的压配合来达到。当摩擦粘着力消除时，即，当轴杆和套筒间的径向应力被移除时，轴杆外直径将增加且套筒内直径将减小。因此外层的尺寸应定为能在摩擦接合消除时，即套筒与轴杆上的负载被径向移除时使其净体积容纳于套筒与轴杆间的空间里并留有一给定的余量。因此，通过用具有相对低塑化极限的材料来形成外层50，在部件10，20间没有油膜的情况下就可以一相对低的转矩极限来起动部件10，20间的初始旋转，但该转矩极限高于由于表面层材料初始塑化而产生的由部件10，20之间摩擦粘着力确定的转矩极限。材料50可被认为在轴杆与套筒间接触面上形成一润滑剂。当确保了表面层能被容纳在解除所述径向负载后套筒与轴杆间产生的间隙中时，传递给层50材料的能量是最小的，轴杆与套筒间的能量传递也一样是最小的。

为了使表面层一方面在初始时能在所述两部件之间传递能量，另一方面使其能被压缩并具有相当小的径向厚度，除了在其自由表面上的作用槽外，在初始状态时外层还可包括其它凹进或空穴，例如孔或类似物。

Claims (7)

1.一种限矩联接装置，包括两共轴的、通常为圆柱形的相互作用表面(12，22)，该两表面分别在以一圆柱形套筒(20)和一圆柱形轴杆(10)为形式的两相互作用部件(10，20)上，其中套筒与轴杆摩擦接合以传递转矩，该传递的转矩最大为对应于一摩擦接合极限且套筒开始相对于轴杆旋转的转矩，以及还包括至少一泵装置(3)，其在套筒与轴杆间的相对旋转作用下被驱动从而自一液体存储装置中泵吸液体至相互作用表面(12，22)间的间隙(B)，其中设置有装置(41)用来在超过转矩极限后自间隙(B)运走液体以恢复摩擦粘着力，其特征在于：部件(10)包括一具有表面层(50)的底板，该表面层(50)形成了所述相互作用表面之一(12)，并由一种塑化极限远远低于另一部件(20)的相互作用表面(22)塑化极限的材料组成。

2.根据权利要求1所述的一种装置，其特征在于：该表面层(50)包括空穴(51)，该空穴(51)能使所述表面层在塑化时移离所述另一部件的相互作用表面(22)。

3.根据权利要求2所述的一种装置，其特征在于：空穴由绕圆周设置同时位于表面层的相互作用表面上的槽(51)组成。

4.根据权利要求1-3中任一所述的一种装置，其特征在于：表面层由顿巴黄铜制成；另一部件的相互作用表面由钢制成。

5.根据权利要求1-4中任一所述的一种装置，其特征在于：所述部件(10，20)在径向上互相张紧以产生所述摩擦粘着力。

6.根据权利要求1-5中任一所述的一种装置，其特征在于：表面层(50)包括空穴，该空穴使得表面层(50)在塑化和/或熔融从而沿径向解除了部件(10，20)的负载后，具有比底板表面与所述另一部件(20)的相互作用表面间的径向距离小的径向厚度。

7.根据权利要求1-6中任一所述的一种装置，其特征在于：表面层由一种热膨胀系数高于底板热膨胀系数的材料制成。