CN113090685A - 一种扭矩限制器啮合面的成型方法及其扭矩限制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扭矩限制器啮合面的成型方法及其扭矩限制器，涉及扭矩限制器技术领域，首先根据输入轴尺寸及其需要传递的扭矩大小，确定螺纹的内径、外径、升角、导程等参数，然后在软件中截取螺纹螺旋面的一部分作为啮合面的组成单元，最终形成由若干螺旋面组成的啮合面；利用本发明的成型方法可以得到由多个螺旋面组成的啮合面，在到达限定扭矩两个面弹开时为面接触，顶点处为线接触，恢复扭矩回程也保持面接触，充分模拟了螺栓在拧入螺纹孔与拧出螺纹孔的情形，整个过程十分平稳，振荡冲击较小，能够明显延长扭矩限制器的使用寿命；并且结构简单，利用机加工成型方便，能够明显降低制造成本，便于大范围推广使用。

Description

一种扭矩限制器啮合面的成型方法及其扭矩限制器

技术领域

本发明涉及扭矩限制器技术领域，特别是涉及一种扭矩限制器啮合面的成型方法及其扭矩限制器。

背景技术

扭矩限制器主要用于扭矩的传递，其往往被安装在主动轴与从动轴之间，当从动轴所连接的负载超载或者发生故障，从而使得从动轴扭矩超过所需扭矩的设定值时，它便以打滑形式限制传动系统所传动的扭矩，具体表现为主动轴空转，从动轴停转，因此起到过载保护的功能。

目前，市场上已有的扭矩限制器为钢珠式扭矩限制器、牙嵌型扭矩限制器及其摩擦型扭矩限制器，其中以钢珠式扭矩限制器最为常用；如申请号为“201510081975.6”，名称为“扭矩限制器”的发明专利公开了一种依靠钢珠进行扭矩传递的扭矩限制器，为了依靠钢珠实现传递扭矩的目的，其滑动底座与推力底座上对应外圈滚珠孔处均均布开设有若干第一凹槽，滑动底座与轴肩端面上对应内圈滚珠孔所在的圆周位置处均设有滚道，正常工作时，由于螺旋弹簧的作用，处于外圈上的钢珠卡在两个对应的第一凹槽中，依靠钢珠传递扭矩，此种扭矩限制器的结构复杂，且加工精度要求较高，一般价格比较昂贵；而牙嵌型扭矩限制器，如申请号为“201110427836.6”，名称为“扭矩限制器”的发明专利公开了一种利用三角形齿相互啮合实现扭矩传递的扭矩限制器，当传递扭矩超过其限定值时，扭矩限制器会不停的在“工作—脱开—工作—脱开”状态下运行，造成三角形齿不停的对推力底座和滑动底座进行明显的振荡冲击，导致零部件磨损严重，会降低扭矩限制器的工作效率，缩短扭矩限制器的使用寿命。

因此，如何降低扭矩限制器的振荡冲击及其制作成本是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种扭矩限制器啮合面的成型方法及其扭矩限制器，以解决现有技术存在的问题，明显降低扭矩限制器的振荡冲击，延长其使用寿命，同时降低扭矩限制器的制造成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种扭矩限制器啮合面的成型方法，所述扭矩限制器包括相啮合以传递扭矩的第一离合器与第二离合器，所述第一离合器与所述第二离合器的啮合面成型方法包括以下步骤：

1)根据输入轴的直径确定所述啮合面的内径、外径，内径为输入轴直径的1～1.2倍，外径为内径的1.5～2倍，将内径、外径分别作为一螺纹的内径、外径，并根据内径、外径确定所述螺纹的中径Df；

2)指定所述螺纹的螺纹升角，螺旋升角在18°～32°；

3)根据螺旋升角φ＝arctan【P/(π×Df)】，可以计算得到所述螺纹的导程P；

4)在软件中模拟出螺纹的形状，并得到螺纹的三角形牙型，所述三角形牙型侧面取一扇形部分作为螺旋面，所述扇形部分对应的圆心角的角度为25°～35°；

5)重复上述步骤，分别得到大小相等的左旋螺旋面及其右旋螺旋面；

6)所述左旋螺旋面的一边与所述右旋螺旋面的一边贴合，形成一螺旋面单元，每个螺旋面对应的圆心角角度为36°～60°；

7)在软件中将若干所述螺旋面单元过渡连接，得到所述第一离合器或所述第二离合器的啮合面，进而可得到所述第二离合器或所述第一离合器的啮合面。

优选的，所述内径为15mm，外径为23.5mm，导程为50mm，螺旋升角为25.92°。

优选的，步骤7)中所述螺旋面单元的个数为8个。

本发明还提供一种扭矩限制器，包括壳体，所述壳体中设置有相互啮合的第一离合器与第二离合器，所述第一离合器与输出轴在圆周方向固定连接，轴向方向滑动连接，所述第二离合器与输入轴固定连接，所述壳体上靠近所述第一离合器的端部设置有弹簧限位部，所述第一离合器与所述弹簧限位部之间设置有压缩弹簧；

所述第一离合器与所述第二离合器的啮合面由上述的成型方法制成。

优选的，所述第一离合器包括相连接的端头及其套筒，所述端头与所述第二离合器啮合，所述套筒套设在所述输出轴的外部，所述套筒上设置有条形孔，一连接销穿过所述条形孔固定在所述输出轴上，实现二者的周向固定，且所述连接销能够在所述条形孔中滑动。

优选的，所述弹簧限位部为调节法兰，所述调节法兰通过螺纹固定在所述壳体端部。

优选的，所述调节法兰上具有固定孔，所述输出轴穿过所述固定孔与所述第一离合器配合，且所述固定孔与所述输出轴间隙配合。

优选的，所述调节法兰上还设置有弹性材料制成的行程限制垫片，所述行程限制垫片上具有供所述弹簧穿过的空腔；所述行程限制垫片与所述套筒端部之间的距离小于所述啮合面的最大行程。

优选的，所述壳体内部还设置有轴承，所述轴承套设在所述输入轴上。

优选的，所述第一离合器的端头直径与所述第二离合器的直径相等，且二者均与所述壳体间隙配合。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、利用本发明的成型方法可以得到由多个螺旋面组成的啮合面，在限定扭矩范围内，第一离合器与第二离合器通过螺旋面进行啮合，在到达限定扭矩两个面弹开时为面接触，顶点处为线接触，恢复扭矩回程也保持面接触，第一离合器弹开与恢复过程充分模拟了螺栓在拧出螺纹孔与拧入螺纹孔的情形，由于整个过程均为螺旋面接触，使得回程过程十分平稳，振荡冲击较小，能够明显延长扭矩限制器的使用寿命；

2、本发明中第一离合器与第二离合器采用螺旋面进行啮合，螺旋面的结构简单，利用机加工成型方便，能够明显降低制造成本，便于大范围推广使用；

3、本发明中还设置有调节法兰，能够通过调节法兰旋入壳体的长度改变弹簧对第一离合器的初始弹力大小，进而改变能够承受的传递扭矩的高低，提高扭矩限制器的适应能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中扭矩限制器的整体结构示意图；

图2为图1的轴向剖视图；

图3为第一离合器的结构示意图；

图4为第一离合器与第二离合器的受力分析简图；

其中，1、第一离合器；2、第二离合器；3、输出轴；4、输入轴；5、压缩弹簧；6、端头；7、套筒；8、条形孔；9、连接销；10、行程限制垫片；11、轴承；12、壳体；13、调节法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种一种扭矩限制器啮合面的成型方法及其扭矩限制器，以解决现有技术存在的问题，明显降低扭矩限制器的振荡冲击，延长其使用寿命，同时降低扭矩限制器的制造成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例提供一种扭矩限制器啮合面的成型方法，扭矩限制器包括相啮合以传递扭矩的第一离合器1与第二离合器2，第一离合器1与第二离合器2的啮合面为环形，啮合面的成型方法包括以下步骤：

1)由于第一离合器1、第二离合器2需要安装在输入轴4及其输出轴3上进行使用，所以，首先根据输入轴4的直径确定啮合面的内径、外径，内径为输入轴4直径的1～1.2倍，外径为内径的1.5～2倍，然后将内径、外径分别作为一螺纹结构的内径、外径，而螺纹的中径与外径、内径之间的距离比为3:2，从而可以得到螺纹的中径Df；

2)指定螺纹的螺纹升角，与常规螺纹规格不同的是，常规螺纹的螺纹升角通常较小，通常在3°左右，但是本实施例中为了使螺旋升角在18°～32°；

3)根据螺旋升角φ＝arctan【P/(π×Df)】，可以计算得到螺纹的导程P；

4)得到螺纹的各种参数之后，在软件中模拟出螺纹的形状，并得到螺纹的三角形牙型，三角形牙型的一个侧面取一扇形部分作为螺旋面，扇形部分对应的圆心角的角度为25°～35°；

5)重复上述步骤，分别得到大小相等的左旋螺旋面及其右旋螺旋面；

6)左旋螺旋面的一边与右旋螺旋面的一边贴合，形成一螺旋面单元，每个螺旋面的两侧边对应的圆心角角度为36°～60°；

7)在软件中将若干螺旋面单元过渡连接，得到第一离合器1或第二离合器2其中一者的啮合面，由于第一离合器1与第二离合器2相互啮合，在已知一个啮合面的前提下，可得到另一啮合面。

由此，利用上述方法可以得到由多个螺旋面组成的啮合面，在限定扭矩范围内，第一离合器1与第二离合器2通过螺旋面进行啮合，在到达限定扭矩两个面弹开时为面接触，顶点处为线接触，恢复扭矩回程也保持面接触，第一离合器1弹开与恢复过程充分模拟了螺栓在拧出螺纹孔与拧入螺纹孔的情形，由于整个过程均为螺旋面接触，使得回程过程十分平稳，振荡冲击较小，能够明显延长扭矩限制器的使用寿命；并且结构简单，利用机加工成型方便，能够明显降低制造成本，便于大范围推广使用。

作为一种具体的实施方式，啮合面中螺旋面的内径为15mm，外径为23.5mm，导程为50mm，螺旋升角为25.92°，螺旋面单元的个数为8个；当然具体尺寸，本领域技术人员可以根据实际工况进行调整。

实施例2：

如图1～图2所示，本实施例提供一种扭矩限制器，包括壳体12，壳体12中设置有相互啮合的第一离合器1与第二离合器2，第一离合器1与输出轴3在圆周方向固定连接，轴向方向滑动连接，第二离合器2与输入轴4固定连接，壳体12上靠近第一离合器1的端部设置有弹簧限位部，第一离合器1与弹簧限位部之间设置有压缩弹簧5；第一离合器1与第二离合器2的啮合面由上述的成型方法制成，如图3所示。

工作时，在压缩弹簧5的作用下，第一离合器1与第二离合器2相互啮合，当扭矩大于压缩弹簧5的弹力时，第一离合器1向左运动，与第二离合器2逐渐分离，移动到螺旋面的顶点时，第一离合器1与第二离合器2就会打滑，从而中断扭矩传输。

在选择弹簧时，首先可以计算出扭矩传递过程中，第二离合器2对第一离合器1产生的向左的作用升力Ft＝M/Df，其中M为传递的扭矩大小；为了克服此升力，在受力平衡时，根据附图3，可得Fs×μcosφ+Fs×sinφ＝Ftcosφ-Ft×μsinφ，其中Fs为弹簧推力，μ为啮合面摩擦系数，可得Fs＝Ft×(cosφ-μsinφ)/(μcosφ+sinφ)，从而可以选取符合使用条件的压缩弹簧5。

本实施例中第一离合器1包括相连接的端头6及其套筒7，端头6与第二离合器2啮合，套筒7套设在输出轴3的外部，套筒7上设置有条形孔8，一连接销9穿过条形孔8固定在输出轴3上，实现二者的周向固定，且连接销9能够在条形孔8中滑动。

进一步的，弹簧限位部为调节法兰13，调节法兰13通过螺纹固定在壳体12端部；通过调节调节法兰13与壳体12端部之间的连接长度，可以调节压缩弹簧5对第一离合器1的弹力，进而改变能够承受的传递扭矩的高低，提高扭矩限制器的适应能力。

为了对输出轴3进行固定，本实施例中调节法兰13上具有固定孔，输出轴3穿过固定孔与第一离合器1配合，且固定孔与输出轴3间隙配合。

进一步的，本实施例中的调节法兰13上还设置有弹性材料制成的行程限制垫片10，行程限制垫片10上具有供弹簧穿过的空腔；行程限制垫片10与套筒7端部之间的距离小于啮合面的最大行程。

为了对输入轴4进行固定，本实施例的壳体12内部还设置有轴承11，轴承11套设在输入轴4上。

进一步的，本实施例中第一离合器1的端头6直径与第二离合器2的直径相等，且二者均与壳体12间隙配合。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种扭矩限制器啮合面的成型方法，其特征在于，所述扭矩限制器包括相啮合以传递扭矩的第一离合器与第二离合器，所述第一离合器与所述第二离合器啮合面的成型方法包括以下步骤：

1)根据输入轴的直径确定所述啮合面的内径、外径，内径为输入轴直径的1～1.2倍，外径为内径的1.5～2倍，将内径、外径分别作为一螺纹的内径、外径，并根据内径、外径确定所述螺纹的中径Df；

2)指定所述螺纹的螺纹升角，螺旋升角在18°～32°；

3)根据螺旋升角φ＝arctan【P/(π×Df)】，可以计算得到所述螺纹的导程P；

4)在软件中模拟出螺纹的形状，并得到螺纹的三角形牙型，所述三角形牙型侧面取一扇形部分作为螺旋面，所述扇形部分对应的圆心角的角度为25°～35°；

5)重复上述步骤，分别得到大小相等的左旋螺旋面及其右旋螺旋面；

6)所述左旋螺旋面的一边与所述右旋螺旋面的一边贴合，形成一螺旋面单元，每个螺旋面对应的圆心角角度为36°～60°；

7)在软件中将若干所述螺旋面单元过渡连接，得到所述第一离合器或所述第二离合器的啮合面，进而可得到所述第二离合器或所述第一离合器的啮合面。

2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述内径为15mm，外径为23.5mm，导程为50mm，螺旋升角为25.92°。

3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，步骤7)中所述螺旋面单元的个数为8个。

4.一种扭矩限制器，其特征在于，包括壳体，所述壳体中设置有相互啮合的第一离合器与第二离合器，所述第一离合器与输出轴在圆周方向固定连接，轴向方向滑动连接，所述第二离合器与输入轴固定连接，所述壳体上靠近所述第一离合器的端部设置有弹簧限位部，所述第一离合器与所述弹簧限位部之间设置有压缩弹簧；

所述第一离合器与所述第二离合器的啮合面由权利要求1-3任意一项所述的成型方法制成。

5.根据权利要求4所述的扭矩限制器，其特征在于，所述第一离合器包括相连接的端头及其套筒，所述端头与所述第二离合器啮合，所述套筒套设在所述输出轴的外部，所述套筒上设置有条形孔，一连接销穿过所述条形孔固定在所述输出轴上，实现二者的周向固定，且所述连接销能够在所述条形孔中滑动。

6.根据权利要求5所述的扭矩限制器，其特征在于，所述弹簧限位部为调节法兰，所述调节法兰通过螺纹固定在所述壳体端部。

7.根据权利要求6所述的扭矩限制器，其特征在于，所述调节法兰上具有固定孔，所述输出轴穿过所述固定孔与所述第一离合器配合，且所述固定孔与所述输出轴间隙配合。

8.根据权利要求4所述的扭矩限制器，其特征在于，所述调节法兰上还设置有弹性材料制成的行程限制垫片，所述行程限制垫片上具有供所述弹簧穿过的空腔；所述行程限制垫片与所述套筒端部之间的距离小于所述啮合面的最大行程。

9.根据权利要求4所述的扭矩限制器，其特征在于，所述壳体内部还设置有轴承，所述轴承套设在所述输入轴上。

10.根据权利要求4所述的扭矩限制器，其特征在于，所述第一离合器的端头直径与所述第二离合器的直径相等，且二者均与所述壳体间隙配合。

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