CN113669381B - 力矩限制机构及传动系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种力矩限制机构及传动系统，涉及机械式动力传动过载保护技术领域，包括：第一耦合构件，与主动轴和主动盘二者中的至少一者连接，第一耦合构件与主动盘同步旋转；第二耦合构件，与从动轴和从动盘二者中的至少一者连接，第二耦合构件与从动盘同步旋转，第二耦合构件与第一耦合构件彼此相对；第一耦合构件和第二耦合构件被设置为发生过载时，第一耦合构件对第二耦合构件施加促进第二耦合构件绕着预定时针方向旋转的耦合力矩。本申请提供的力矩限制机构针对不同的力矩限制器能够避免主动盘或从动盘烧毁、增加过载幅宽以及应对频繁冲击的场合，或者能够实现过载力矩保持功能，适用于提升设备和过载后需要软连接的场合。

Description

力矩限制机构及传动系统

技术领域

本申请，涉及机械式动力传动过载保护技术领域尤其是涉及一种力矩限制机构及传动系统。

背景技术

力矩限制器属于机械式动力传动过载保护装置，安装于动力传动的驱动侧与负载之间，可在过载时起到保护设备的作用。但现有的力矩限制器适应的传动工况具有局限性，仍存在改进的空间。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种力矩限制机构及传动系统，目的在于，提高对现有的传动工况的适应能力。

第一方面，本申请提供一种力矩限制机构，用于传动系统，所述传动系统包括主动轴和从动轴，所述力矩限制机构包括力矩限制器，所述力矩限制器包括：

主动盘，与所述主动轴连接；

从动盘，与所述从动轴连接，所述从动盘与所述主动盘彼此面对，所述从动盘被设置为与所述主动盘接合以同步旋转以及被设置为发生过载时与所述主动盘发生相对旋转；还包括：

第一耦合构件，与所述主动轴和所述主动盘二者中的至少一者连接，所述第一耦合构件与所述主动盘同步旋转；

第二耦合构件，与所述从动轴和所述从动盘二者中的至少一者连接，所述第二耦合构件与所述从动盘同步旋转，所述第二耦合构件与所述第一耦合构件彼此相对；

定义在所述主动盘侧向所述从动盘侧沿着所述主动盘的轴线观察时，所述主动盘绕着预定时针方向旋转，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件被设置为发生所述过载时，所述第一耦合构件对所述第二耦合构件施加促进所述第二耦合构件绕着所述预定时针方向旋转的耦合力矩。

优选地，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件中的第一者形成为永磁转子，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件中的第二者形成为磁导体转子，所述永磁转子和所述磁导体转子共同形成为实质上的磁力耦合器，所述永磁转子和所述磁导体转子之间形成有至少一层气隙。

优选地，所述永磁转子和所述磁导体转子之间形成有多层气隙，所述永磁转子包括第一圆柱壁部，所述磁导体转子包括第二圆柱壁部，所述第一圆柱壁部和所述第二圆柱壁部二者在所述永磁转子的径向上交替设置，所述气隙形成为由所述第一圆柱壁部和所述第二圆柱壁部二者共同限定的筒状气隙。筒状气隙在设置多层的情况下可减少力矩限制机构的轴向尺寸。

优选地，所述永磁转子包括与所述第一圆柱壁部连接的第一底部，所述磁导体转子包括与所述第二圆柱壁部连接的第二底部；

所述第一底部与所述主动轴和所述主动盘二者中的至少一者可拆卸地连接，所述第二底部与所述从动轴和所述从动盘二者中的至少一者可拆卸地连接；或者所述第一底部与所述从动轴和所述从动盘二者中的至少一者可拆卸地连接，所述第二底部与所述主动轴和所述主动盘二者中的至少一者可拆卸地连接。

优选地，所述永磁转子和所述磁导体转子之间形成有多层气隙，所述气隙形成为由所述第一耦合构件的朝向所述第二耦合构件的表面与所述第二耦合构件的朝向所述第一耦合构件的表面彼此相对而形成的环形气隙。而在设置多层环形气隙的情况下，可减少力矩限制机构的径向尺寸。

优选地，所述第一耦合构件包括第一环形部，所述第二耦合构件包括第二环形部；

所述第一环形部和所述第二环形部二者在所述永磁转子的轴向上交替设置；

所述第一环形部设置于所述主动盘的径向外侧，所述第二环形部设置于所述从动盘的径向外侧。

彼此相对的两个表面，进一步地两个环形表面，在发生相对旋转时，形成了环形气隙的耦合面。对于环形表面来说，允许它设置在盘的径向外侧，在这种情况下，力矩限制机构能够适应不同的空间布置需求。

优选地，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件中的第一者形成为泵轮，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件中的第二者形成为与所述泵轮配合的涡轮，所述泵轮和所述涡轮共同形成为实质上的液力耦合器。

优选地，发生所述过载时，所述从动盘与所述主动盘发生相对旋转被设置为所述从动盘和所述主动盘二者打滑或者被设置为所述从动盘和所述主动盘彼此分离。

优选地，所述力矩限制器形成为滚珠力矩限制器、顶针力矩限制器、摩擦力矩限制器、气动力矩限制器或者液动力矩限制器。

第二方面，本申请提供一种传动系统，所述传动系统包括如上所述的力矩限制机构，还包括与所述主动盘连接的所述主动轴以及与所述从动盘连接的所述从动轴。

本申请提供的力矩限制机构，在力矩限制器的基础上，设置第一耦合构件和第二耦合构件，在发生过载时，通过第一耦合构件对第二耦合构件施加的耦合力矩来增加力矩限制器所能够适应的工况，针对不同的力矩限制器能够避免主动盘或从动盘烧毁、增加过载幅宽以及应对频繁冲击的场合，或者能够实现过载力矩保持功能，适用于提升设备和过载后需要软连接的场合。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本申请实施例的力矩限制机构的第一实施方式的一示例的示意图；

图2示出了根据本申请实施例的力矩限制机构的第一实施方式的另一示例的示意图；

图3示出了根据本申请实施例的力矩限制机构的第一实施方式的又一示例的示意图；

图4示出了根据本申请实施例的力矩限制机构的第一实施方式的又一示例的示意图；

图5示出了根据本申请实施例的力矩限制机构的第二实施方式的示意图。

附图标记：

1-主动盘；11-第一圆柱壁部；12-第一环形部；2-从动盘；21-第二圆柱壁部；22-第二环形部；3-永磁转子；4-导体转子；5-泵轮；6-涡轮。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

根据本申请实施例提供的力矩限制机构包括主动盘1、从动盘2以及耦合组件，以下将结合图1至图5对前述部件的结构、连接关系和工作原理进行详细地说明。

需要在先说明的是，本实施例中，图1至图4示出了根据本申请实施例提供的力矩限制机构的一实施方式，和图5示出了根据本申请实施例提供的力矩限制机构的另一实施方式，即第一实施方式和第二实施方式，在后续的描述中，将对这两种实施方式依次进行描述。

结合图1和图5，为了简化描述，这里，将首先对根据本申请实施例提供的力矩限制机构的两个实施方式共同具有的结构进行说明。例如可以尤其参见图1，力矩限制机构的第一实施方式和第二实施方式均包括力矩限制器，力矩限制器包括主动盘1和从动盘2，区别在于耦合组件的形式不同。显然，根据本申请实施例提供的力矩限制机构是一种机械式动力传动机构。其中，力矩限制机构所应用的传动系统包括主动轴和从动轴，主动轴被可旋转地保持于座，例如通过轴承可旋转地保持于座，在图1中，轴承并未示出，座仅仅示意性地给出，同理，从动轴也被可旋转地保持于另一座，例如同样通过轴承实现这种保持。

仍然参见图1，在实施例中，像在本申请的背景技术部分阐述的那样，力矩限制机构实质上实现了将扭矩从主动轴传递至从动轴以及过载保护，这是通过彼此配合的主动盘1和从动盘2来实现的。具体而言，主动盘1和主动轴同轴地设置，从动盘2和从动轴同轴地设置，在正常的传动过程中，主动盘1和从动盘2二者彼此接合，从而在主动轴旋转的情况下，主动盘1和从动盘2二者同步旋转，从而将主动轴的扭矩传递至从动轴，而在从动轴侧出现过载的情况时，主动盘1和从动盘2二者可以彼此分离来断开扭矩的传递或者主动盘1和从动盘2二者彼此打滑，由此来起到过载保护的作用。

在以上所描述的特征的基础上，以下将继续基于图1来对根据本申请实施例提供的力矩限制机构的第一实施方式进行具体说明。如图1所示，在图1给出的力矩限制机构的第一实施方式中，耦合组件包括永磁转子3和磁导体转子4，永磁转子3可以设置于主动盘1所在侧，磁导体转子4可以设置于从动盘2所在侧。在图1给出的示例中，永磁转子3和磁导体转子4可以均形成为圆筒状或者大致地圆筒状，即永磁转子3包括第一圆柱壁部11，磁导体转子4包括第二圆柱壁部21，这里，磁导体转子4是由导磁材料制造的。进一步地，永磁转子3可以与主动盘1同轴地设置于主动轴，磁导体转子4可以与从动盘2同轴地设置于从动轴，进而永磁转子3可以被设置为套设于磁导体转子4的外侧部，也就是沿着永磁转子3(磁导体转子4)的径向，一个第二圆柱壁部21和一个第一圆柱壁部11径向向外地交替设置，由此第一圆柱壁部11的内侧部和第二圆柱壁部21的外侧部之间形成了筒状的气隙。

通过调整气隙的数量、厚度(即筒状的气隙在永磁转子3的径向上的尺寸)及宽度(即筒状的气隙在永磁转子3的轴向上的尺寸)，永磁转子3和磁导体转子4之间的磁耦合力矩得以被调整，从而能够适配需要不同磁耦合力矩的工况，这将在后续对力矩限制机构的原理进行描述时一并进行说明。对此，在解释说明力矩限制机构的原理之前，这里可以首先参见图2，在图2给出的第一实施方式的另一示例中，第一圆柱壁部11和第二圆柱壁部21二者的数量均为多个，例如两个，其中，一个第二圆柱壁部21设置于所述径向上的最内侧，一个第一圆柱壁部11设置于所述径向上的最外侧，这四个圆柱壁部交替设置，因此形成有三个筒状的气隙。在一些未示出的示例中，第一圆柱壁部和第二圆柱壁部二者中的一者的数量为一个，而第一圆柱壁部和第二圆柱壁部二者中的另一者的数量为两个，如此按照前面的方式交替设置，则形成了两个筒状的气隙。因此，前面所提到的调整气隙的数量，可以通过更换具有不同数量的圆柱壁部的永磁转子3和磁导体转子4来实现。

在另一些未示出的示例中，磁导体转子可以设置于主动盘所在侧，而永磁转子可以设置于从动盘所在侧。

此外，转子也可以直接设置于盘，例如永磁转子与主动盘的一侧部连接，磁导体转子与从动盘的一侧部连接，这相当于集成化盘和转子，有利于缩短力矩限制机构所占据的轴向尺寸，进而如果采用可拆卸地连接方式，则更为有利于对上述筒状气隙的调整。以主动盘和永磁转子为例，永磁转子的底部可以设置有大于主动轴的外径的中心孔，在此基础上，可以首先将永磁转子套设到主动轴，再在主动轴的末端安装永磁转子，然后例如通过螺钉或者螺栓将主动盘与永磁转子二者固定连接，因此，永磁转子和磁导体转子可以较为便捷地拆卸而被更换，从而快速地调整筒状气隙的厚度，从而调整因永磁转子和磁导体转子之间的耦合力矩。此外，在另一些未示出的示例中，转子可以与轴和盘二者均连接。

进一步地，仍然参见图1，这里将进一步描述力矩限制机构的第一实施方式的工作原理，在随后的描述中，将分别针对主动盘1和从动盘2在过载时打滑的这一情况以及主动盘1和从动盘2在过载时分开的这一情况依次进行描述。针对前一种情况，在主动盘1与从动盘2打滑时，由于主动盘1和从动盘2二者不再同步旋转，而是因为打滑出现了相对旋转，因此这引起了永磁转子3与磁导体转子4之间的相对旋转，使得二者之间产生耦合力矩，耦合力矩与主动盘1和从动盘2打滑后的残余力矩叠加后继续传递扭矩，当过载消除后耦合力矩会制动从动盘2，使主动盘1与从动盘2快速复位，如此避免因力矩限制机构所在的传动系统的转动惯量过大而导致的主动盘1与从动盘2长时间不能恢复到同步运动的状态的情况出现，也就是避免了主动盘1和从动盘2二者在过载消除后仍持续打滑的情况出现，防止了主动盘1和从动盘2的烧毁。在第一实施方式的这种情况中，力矩限制机构实际工作时，增加了过载幅宽，提高了设备的过载能力，特别适用于频繁冲击场合，通过调整上述筒状气隙的厚度来调整耦合力矩大小，力矩限制机构可输出不同的特性参数来满足不同的工况需求。

仍以图1为例，在以上所提及的力矩限制机构的第一实施方式的后一种情况中，过载时主动盘1和从动盘2二者彼此分离，相对于力矩限制机构的第一实施方式的前一种情况来说，后一种情况中，过载时的主动盘1和从动盘2二者之间的残余力矩为零，这时，主动盘1和从动盘2二者同样会产生相对旋转，这同样使得永磁转子3和磁导体转子4产生相对旋转，由此产生耦合力矩。也就是说，这时由永磁转子3和磁导体转子4二者之间的筒状气隙产生的耦合力矩将继续传递主动轴与从动轴之间的扭矩。力矩限制机构的第一实施方式的这种情况中，力矩限制机构可用于例如提升系统以及升降系统中，也特别适用于过载后需要软连接的场合。

参见图3，图3给出了力矩限制机构的第一实施方案的又一示例，在这一示例中，气隙形成为环状，即环状的气隙。以永磁转子3的结构为例，永磁转子3包括如以上所描述的筒状部分，还包括形成于筒状部分的端部的第一环形部12，类似地，磁导体转子4与永磁转子3的结构相同，其包括第二环形部22。第一环形部12和第二环形部22彼此相对，即在永磁转子3(磁导体转子4)的轴向上二者是交替的，如此形成前面提到的环形的气隙。这里，环形的气隙在尺寸的计量上与筒状的气隙存在差异，即环形的气隙的厚度为气隙的在所述轴向上的尺寸，环形的气隙的宽度为气隙的在所述径向上的尺寸，同样可以通过调节环形的气隙的厚度和宽度来适配需要不同磁耦合力矩的工况。

进一步参见图4，图4给出了力矩限制机构的第一实施方案的又一示例，在该示例中，气隙的形状也是环状，在该示例中，第一环形部12和第二环形部22二者各自的数量均为两个，四个环形部沿着所述轴向交替地设置，如此形成了三个环形的气隙，因此环形的气隙的数量可以通过更换具有永磁转子3和磁导体转子4来进行调整，从而进一步适配需要不同磁耦合力矩的工况。

参见图5，在以下的描述中，将进一步描述根据本申请实施例提供的力矩限制机构的第二实施方式。与力矩限制机构的第一实施方式类似的是，在力矩限制机构的第二实施方式中，力矩限制机构过载时仍然为以上提及的两种情况，即一种情况是主动盘1和从动盘2二者打滑，另一种情况是主动盘1和从动盘2二者彼此分离。在力矩限制机构的第二实施方式中，与第一实施方式的主要区别在于耦合组件的类型不同，具体地，力矩限制机构的第二实施方式采用了液力耦合的方式，这将在随后的描述中具体说明。

如图5所示，在第二实施方式中，力矩限制机构包括泵轮5和涡轮6，泵轮5可以设置于主动盘1所在侧，涡轮6可以设置于从动盘2的所在侧，泵轮5和涡轮6的设置方式可以与如上的转子的设置方式类似，在此不再赘述，由此，泵轮5和涡轮6二者彼此配合，形成了实质上的液力耦合器。类似地，当过载发生时，力矩限制机构的主动盘1和从动盘2打滑(第二实施方式的前一种情况)，这是泵轮5和涡轮6二者发生相对旋转，从而产生耦合力矩，耦合力矩与打滑后的参与力矩叠加后继续传递扭矩，当过载消除后，耦合力矩制动从动盘2，使主动盘1和从动盘2二者快速复位。这种情况与第一实施方式中提到的类似，同样有利于避免主动盘1和从动盘2发生烧毁，增加了过载幅宽，提高了设备过载能力，通过调整液力耦合器来调整耦合力矩的大小，力矩限制机构可以输出不同的特性参数满足不同的工况需求。

在力矩限制机构的第二实施方式的后一种情况中，发生过载时主动盘1和从动盘2分离，残余力矩为零，泵轮5和涡轮6二者发生相对旋转产生耦合力矩以继续传递扭矩，与上述第一实施方式的后一种情况类似，这种情况可用于提升系统以及升降系统，也尤其适用于过载后需要软连接的场合。

根据本申请实施例还提供一种传动系统，传动系统包括如上的力矩限制机构，在此基础上还可以包括与主动轴连接的动力单元例如电机以及与从动轴连接的负载，传动系统也包括如上的有益效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是在本申请的创新构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种力矩限制机构，用于传动系统，所述传动系统包括主动轴和从动轴，所述力矩限制机构包括力矩限制器，所述力矩限制器包括：

主动盘，与所述主动轴连接；

从动盘，与所述从动轴连接，所述从动盘与所述主动盘彼此面对，所述从动盘被设置为与所述主动盘接合以同步旋转以及被设置为发生过载时与所述主动盘发生相对旋转；其特征在于，还包括：

第一耦合构件，与所述主动轴和所述主动盘二者中的至少一者连接，所述第一耦合构件与所述主动盘同步旋转；

第二耦合构件，与所述从动轴和所述从动盘二者中的至少一者连接，所述第二耦合构件与所述从动盘同步旋转，所述第二耦合构件与所述第一耦合构件彼此相对；

定义在所述主动盘侧向所述从动盘侧沿着所述主动盘的轴线观察时，所述主动盘绕着预定时针方向旋转，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件被设置为发生所述过载时，所述第一耦合构件对所述第二耦合构件持续施加促进所述第二耦合构件绕着所述预定时针方向旋转的耦合力矩；

所述第一耦合构件和所述第二耦合构件被设置为发生所述过载时，引起所述第一耦合构件和所述第二耦合构件之间的相对旋转，使得所述第一耦合构件和所述第二耦合构件之间产生所述耦合力矩，所述耦合力矩继续传递所述主动盘与所述从动盘之间的扭矩，所述过载消除后，所述耦合力矩制动所述从动盘，使得所述主动盘与所述从动盘复位；

所述第一耦合构件和所述第二耦合构件中的第一者形成为永磁转子，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件中的第二者形成为磁导体转子，所述永磁转子和所述磁导体转子共同形成为实质上的磁力耦合器，所述永磁转子和所述磁导体转子之间形成有至少一层气隙。

2.根据权利要求1所述的力矩限制机构，其特征在于，

所述永磁转子和所述磁导体转子之间形成有多层气隙，所述永磁转子包括第一圆柱壁部，所述磁导体转子包括第二圆柱壁部，所述第一圆柱壁部和所述第二圆柱壁部二者在所述永磁转子的径向上交替设置，所述气隙形成为由所述第一圆柱壁部和所述第二圆柱壁部二者共同限定的筒状气隙。

3.根据权利要求2所述的力矩限制机构，其特征在于，

所述永磁转子包括与所述第一圆柱壁部连接的第一底部，所述磁导体转子包括与所述第二圆柱壁部连接的第二底部；

所述第一底部与所述主动轴和所述主动盘二者中的至少一者可拆卸地连接，所述第二底部与所述从动轴和所述从动盘二者中的至少一者可拆卸地连接；或者所述第一底部与所述从动轴和所述从动盘二者中的至少一者可拆卸地连接，所述第二底部与所述主动轴和所述主动盘二者中的至少一者可拆卸地连接。

4.根据权利要求1所述的力矩限制机构，其特征在于，

所述永磁转子和所述磁导体转子之间形成有多层气隙，所述气隙形成为由所述第一耦合构件的部分与所述第二耦合构件的部分彼此相对而形成的环形气隙。

5.根据权利要求4所述的力矩限制机构，其特征在于，

所述第一耦合构件包括第一环形部，所述第二耦合构件包括第二环形部；

所述第一环形部和所述第二环形部二者在所述永磁转子的轴向上交替设置；

所述第一环形部设置于所述主动盘的径向外侧，所述第二环形部设置于所述从动盘的径向外侧。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的力矩限制机构，其特征在于，

发生所述过载时，所述从动盘与所述主动盘发生相对旋转被设置为所述从动盘和所述主动盘二者打滑或者被设置为所述从动盘和所述主动盘彼此分离。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的力矩限制机构，其特征在于，

所述力矩限制器形成为滚珠力矩限制器、顶针力矩限制器、摩擦力矩限制器、气动力矩限制器或者液动力矩限制器。

8.一种传动系统，其特征在于，所述传动系统包括如权利要求1至7中任一项所述的力矩限制机构，还包括与所述主动盘连接的所述主动轴以及与所述从动盘连接的所述从动轴。

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