CN114233773B - 一种滚珠式扭矩限制器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚珠式扭矩限制器及使用方法，属于重型负载保护器技术领域，包括：输出法兰,输入花键轴套,联结底座,信号盘,调节刻度盘，所述输入花键轴套与所述联结底座之间设置有弹簧；位移信号传感器，该滚珠式扭矩限制器，当超载或机械故障而导致所需扭矩值超过设定值时，以脱开形式限制传动系统所传动的扭力，且脱开后的残余扭矩仅为设定扭矩值的5%左右；当过载情形消失后需要将其旋转至复位点，限制器会自动复位恢复联结；同时在限制器的信号盘处安装有位移信号传感器，在发生超载或机械故障限制器脱开时，传感器会检测到信号盘发生位移，从而发出警报立即停机；防止机械损坏，避免了昂贵的维修成本。

Description

一种滚珠式扭矩限制器及使用方法

技术领域

本发明属于重型负载保护器技术领域，具体涉及滚珠式扭矩限制器及使用方法。

背景技术

滚珠式过载保护器，是联结主动机与工作机的一种部件，主要功能是过载保护；在例如切纸机、包装机等结构紧凑，要求扭矩大且精密度要求高的场合中，传统摩擦式或滚珠式扭矩限制满足不了扭矩紧密度要求及安装空间紧凑的要求；且扭矩小，限制器无法自动复位恢复联结；无法在发生超载或机械故障限制器脱开时检测到超载状态，因此需发明一种新的滚珠式扭矩限制器来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚珠式扭矩限制器及使用方法，以解决无法在发生超载或机械故障限制器脱开时检测到超载状态的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种滚珠式扭矩限制器，包括：

输出法兰,所述输出法兰与输出工作机相连接；

输入花键轴套,所述输入花键轴套与主动机相连接；

联结底座,所述联结底座与输出法兰相连接，且所述联结底座套设于所述输入花键轴套，所述输入花键轴套与所述联结底座之间设置有用于转动的钢球；

信号盘,所述信号盘套设于所述输入花键轴套，且所述信号盘与所述联结底座之间设置有用于使联结底座与输出法兰分离并推动所述信号盘发生位移的第三钢球；

调节刻度盘，所述调节刻度盘用于调节脱开扭矩，其套设于输入花键轴套，所述输入花键轴套与所述联结底座之间设置有弹簧；

位移信号传感器，所述位移信号传感器用于捕捉所述信号盘产生位移后发出的触发信号。

优选的，所述钢球包括第一钢球和第二钢球，所述第一钢球和第二钢球分别设置于所述联结底座的第一凹槽和第二凹槽中。

优选的，所述第一凹槽内设置有用于限制第一钢球的轴端挡圈,所述轴端挡圈的一端面与所述第一钢球相抵触。

优选的，所述轴端挡圈的另一端面设置有弹性挡圈，所述弹性挡圈套设于联结底座。

优选的，所述联结底座上端面设置有信号盘接触部，所述信号盘接触部的横截面为L型，且所述信号盘接触部的下方设置有第三凹槽,所述第三凹槽为半圆型，其深度和开口直径均与所述第三钢球的直径相同，且所述第三凹槽的深度与所述信号盘接触部的底部宽度相同，所述联结底座远离所述第三凹槽的侧面设置有用于连接输出法兰的法兰螺孔，所述法兰螺孔设置于所述联结底座高度的4/5处，其直径小于所述第三凹槽的开口直径，并与所述第三凹槽的轴线平行分布,所述法兰螺孔通过配套的联结螺栓将输出法兰连接。

优选的，所述信号盘包括与联结底座的信号盘接触板、固定在信号盘接触板端面的信号盘检测板、固定在信号盘检测板并与所述信号盘检测板构成弹簧抵触面的信号盘抵触板。

优选的，所述信号盘接触板宽度大于所述信号盘检测板的宽度，且所述信号盘接触板与信号盘接触部相接触，所述信号盘检测板的高度为信号盘抵触板高度的3/5-4/5,且所述信号盘抵触板的侧面与所述信号盘检测板底面构成的抵触角度为100度-120度。

优选的，所述输入花键轴套为空心圆柱状，其外端面设置有转动区，所述转动区与所述第一钢球和第二钢球相抵触，且所述输入花键轴套的外端面还开设有用于安装弹性挡圈的挡圈槽,所述弹性挡圈嵌入在所述挡圈槽内并与轴端挡圈相抵触，所述输入花键轴套内侧面设置有键槽或花键输入孔。

优选的，所述调节刻度盘设置有用于紧定调节刻度盘的尼龙头紧定螺钉。

优选的，所述位移信号传感器的前端面的光感应区域长度为2mm，且所述位移信号传感器的前端面高于所述信号盘的上端面，其间距为磁场范围的1/5,所述信号盘的位移距离为1.2mm,所述位移信号传感器设置有连接负极的BU导线、连接正极的BN导线以及输出24V信号的BK导线。

本发明另提供一种滚珠式扭矩限制器的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将主动轴装入输入花键轴套内，被动端与输出法兰相联，输出法兰通过联结螺栓与联结底座相联；

步骤2、正常负载，调节刻度盘压紧弹簧使得第三钢球压入联结底座的第三凹槽中，调节后拧紧尼龙头紧定螺钉防止调节刻度盘松动，同时轴端挡圈，弹性挡圈进行轴向限位；

步骤3、异常超负载时，第三钢球从联结底座的第三凹槽中滑出，弹簧弹性形变，第一钢球，第二钢球起到轴承作用，主动轴与被动端分离后，同时信号盘发生位移，位移信号传感器检测出信号LED灯亮起可立即将主动轴停转；

步骤4、脱开停机后，需要消除异常负载后将主动轴启动低速旋转360°可将限制器复位，使第三钢球压入联结底座的第三凹槽中,主动轴通过限制器将负载传递到被动端。

本发明的技术效果和优点：该滚珠式扭矩限制器以及使用方法，当超载或机械故障而导致所需扭矩值超过设定值时，以脱开形式限制传动系统所传动的扭力，且脱开后的残余扭矩仅为设定扭矩值的5%左右；当过载情形消失后需要将其旋转至复位点，限制器会自动复位恢复联结；同时在限制器的信号盘处安装有位移信号传感器，在发生超载或机械故障限制器脱开时，传感器会检测到信号盘发生位移，从而发出警报立即停机；防止机械损坏，避免了昂贵的维修成本；

本发明使用高性能材质40CrMo加工及BNO热处理工艺，硬化层深可达0.25-0.4mm，保证了耐用性；同时第一钢球、第二钢球、第三钢球使用高强度钢球替代了传统滚柱及轴承结构，有效的节省了空间，更适合在结构紧凑的场合下使用；弹簧使用多片高品质定制碟型弹簧，使得传递的扭力值可达7000Nm至10000Nm；本发明一体式设计，出厂时限制器上安装输出法兰或其他构件，且标定好所需扭力值，误差±2%，免去了现场组装，调扭矩的繁琐步骤，只需将本产品与现场的主动机、被动机相连即可，实现高精密，大扭矩，安装紧凑的场合下使用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的剖面图；

图3为本发明的左侧视图；

图4为本发明位移信号传感器安装示意图；

图5为本发明位移信号传感器的结构示意图；

图6为本发明位移信号传感器的电路图；

图7为本发明的A处放大图；

图8为本发明的B处放大图；

图9为本发明的流程图。

图中：1、输出法兰；2、联结螺栓；3、输入花键轴套；4、弹性挡圈；5、轴端挡圈；6、第一钢球；7、联结底座；8、第二钢球；9、第三钢球；10、信号盘；11、弹簧；12、尼龙头紧定螺钉；13、调节刻度盘；14、起吊螺钉；15、位移信号传感器；31、转动区；32、挡圈槽；71、法兰螺孔；72、信号盘接触部；73、第一凹槽；74、第二凹槽；75、第三凹槽；101、信号盘接触板；102、信号盘检测板；103、信号盘抵触板；151、LED灯。

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。

本发明提供了如图1、2中所示的一种滚珠式扭矩限制器，包括：

输出法兰1,其与输出工作机相连接；本发明采用一体式设计，在出厂时限制器上安装装输出法兰1或其他构件，且标定好所需扭力值，误差±2%，免去了现场组装，调扭矩的繁琐步骤，使用时只需与现场的主动机、被动机相连即可；

输入花键轴套3,其与主动机相连接；输入花键轴套3为空心圆柱状，其外端面设置有转动区31，转动区31与第一钢球6和第二钢球8相抵触，减少了磨擦的阻力，减少了额外的做功，本实施例中，输入花键轴套3的外端面还开设有用于安装弹性挡圈4的挡圈槽32,方便安装弹性挡圈4，同时将弹性挡圈4限制，提高了设备的稳定性，弹性挡圈4嵌入在所述挡圈槽32内并与轴端挡圈5相抵触，输入花键轴套3内侧面设置有键槽或花键输入孔，可以连接多种规格装置，提升限制器的灵活性；

联结底座7,其与输出法兰1相连接，且所述联结底座7套设于所述输入花键轴套3，输入花键轴套3与所述联结底座7之间设置有用于转动的钢球；为运转的顺滑度，钢球包括第一钢球6和第二钢球8，第一钢球6和第二钢球8分别设置于所述联结底座7的第一凹槽73和第二凹槽74中；本发明中，第一钢球6、第二钢球8、第三钢球9均使用高强度钢球替代了传统滚柱及轴承结构，有效的节省了空间，更适合在结构紧凑的场合下使用；而且，本实施例中，第一钢球6、第二钢球8均处于同一水平线；

本实施例中，为了提高运行的效率，在第一凹槽73内设置有用于限制第一钢球6的轴端挡圈5,轴端挡圈5的一端面与所述第一钢球6相抵触；

为了提高连接的稳定性，在轴端挡圈5的另一端面设置有弹性挡圈4，弹性挡圈4套设于联结底座7；

如图7所示，联结底座7上端面设置有信号盘接触部72，信号盘接触部72的横截面为L型，且信号盘接触部72的下方设置有第三凹槽75,第三凹槽75为半圆型，为了提高推动信号盘10的精确度，第三凹槽75的深度和开口直径均与第三钢球9的直径相同，且第三凹槽75的深度与所述信号盘接触部72的底部宽度相同，联结底座7远离第三凹槽75的侧面设置有用于连接输出法兰1的法兰螺孔71，本实施例中还包括，输出法兰1还可以替换成同步带轮、链轮、齿轮、V型带轮；

为了提高连接的稳定性，防止运行过程中因扭力过大造成的滑脱，法兰螺孔71设置于所述联结底座7高度的4/5处，其直径与小于第三凹槽75的开口直径，并与第三凹槽75的呈轴平行分布,法兰螺孔71通过配套的联结螺栓2将输出法兰1连接；

信号盘10,信号盘10套设于输入花键轴套3，且信号盘10与联结底座7之间设置有用于使联结底座7与输出法兰1分离并推动所述信号盘10发生位移的第三钢球9；为了提高检测胶脱机的精确度，信号盘10包括与联结底座7的信号盘接触板101、固定在信号盘接触板101端面的信号盘检测板102、固定在信号盘检测板102并与所述信号盘检测板102构成弹簧11抵触面的信号盘抵触板103；信号盘接触板101宽度大于所述信号盘检测板102的宽度，且信号盘接触板101与信号盘接触部72相接触，为了提高检测的准确度，减少误报，信号盘检测板102的高度为信号盘抵触板103高度的3/5-4/5,且信号盘抵触板103的侧面与所述信号盘检测板102底面构成的抵触角度为100度-120度，使与弹簧11接触更为贴合，本实施例中，弹簧11使用碟型弹簧，采用多片高品质定制碟型弹簧，使得传递的扭力值可达7000Nm至10000Nm；

调节刻度盘13，用于调节脱开扭矩，其套设于输入花键轴套3，输入花键轴套3与所述联结底座7之间设置有弹簧11；调节刻度盘13设置有用于紧定调节刻度盘13的尼龙头紧定螺钉12。

位移信号传感器15，用于捕捉所述信号盘10产生位移后发出触发信号；如图4、5所示，本发明中使用位移信号传感器15为NPN信号传感器，如图4所示，并安装在机架上，E处为磁场范围，位移信号传感器15的前端面的光感应区域长度为2mm，如图8所示，其中，C处为过载脱开前位置，D处为过载脱开后位置，且所述位移信号传感器15的前端面高于所述信号盘10的上端面，其间距为磁场范围的1/5,所述信号盘10的位移距离为1.2mm,如图6所示，所述位移信号传感器15设置有连接负极的BU导线、连接正极的BN导线以及输出24V信号的BK导线，在过载瞬间捕捉到过载信号,并输出24V直流电,用于启动报警装置，比如电铃,指示灯等,并可通过控制系统，比如PLC瞬间关闭驱动机；本实施例中，位移信号传感器15设置有用于显示状态的LED灯151，提高了位移信号传感器15的方便性；

如图3所示，起吊螺钉14,安装在联结底座7，方便检修和搬运；

本发明中，使用高性能材质40CrMo加工及BNO热处理工艺，硬化层深可达0.25-0.4mm，保证了耐用性；

本发明另提供如图9所示的一种滚珠式扭矩限制器的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将主动轴装入输入花键轴套3内，被动端与输出法兰1相联，输出法兰1通过联结螺栓2与联结底座7相联，本实施例中，安装时可使用起吊螺钉14辅助吊装；

步骤2、正常负载，调节刻度盘13压紧弹簧11使得第三钢球9压入联结底座7的第三凹槽75中，调节后拧紧尼龙头紧定螺钉12防止调节刻度盘13松动，同时轴端挡圈5，弹性挡圈4进行轴向限位，主动轴可通过限制器将负载传递到被动端；

步骤3、异常超负载时，第三钢球9从联结底座7的第三凹槽75滑出，弹簧11弹性形变，第一钢球6，第二钢球8起到轴承作用，主动轴与被动端分离后，同时信号盘10发生位移，位移信号传感器15检测出信号LED灯151亮起可立即将主动轴停转，避免损坏设备；

步骤4、脱开停机后，需要消除异常负载后将主动轴启动低速旋转360°可将限制器复位,即钢球9牢牢压入联结底座7的第三凹槽75中,主动轴通过限制器将负载传递到被动端；

工作前，将主动机花键输入轴装入输入花键轴套3，输出法兰1与输出工作机相联，便完成了设备的安装步骤，操作简易，设备正常运转时，在调节刻度盘13压碟型弹簧11产生力的作用下，使得信号盘10、第一钢球6、第二钢球8、第三钢球9、输入花键轴套3、联结底座7、轴端挡圈5、弹性挡圈4，紧密联结为一体,主动机便可通过限制器带动工作机运转；

当设备发生超载或机械故障时，联结底座7会在作用力下发生相对转动，使得第三钢球9从联结底座7上的第三凹槽75中弹出，限制器脱开，第一钢球6、第二钢球8起到轴承作用使得联结底座7、输出法兰1与输入花键轴套3可相对自由转动，主动机与工作机失去联结；同时第三钢球9弹出时会顶出信号盘10，其产生位移后位移信号传感器15捕捉到信号后发出报警或将设备停机；这样就防止机械损坏，避免了昂贵的维修成本。可同过旋转调节刻度盘13在可调范围内无极调节限制器的脱开扭矩值大小；

当超载或机械故障而导致所需扭矩值超过设定值时，以脱开形式限制传动系统所传动的扭力，且脱开后的残余扭矩仅为设定扭矩值的5%左右；当过载情形消失后需要将其旋转至复位点，限制器会自动复位恢复联结；同时在限制器的信号盘10处安装有位移信号传感器15，在发生超载或机械故障限制器脱开时，位移信号传感器15检测到信号盘10发生位移，从而发出警报立即停机；防止机械损坏，避免了昂贵的维修成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种滚珠式扭矩限制器的使用方法，其特征在于：所述滚珠式扭矩限制器包括：

输出法兰（1）,所述输出法兰（1）与输出工作机相连接；

输入花键轴套（3）,所述输入花键轴套（3）与主动机相连接；

联结底座（7）,所述联结底座（7）与输出法兰（1）相连接，且所述联结底座（7）套设于所述输入花键轴套（3），所述输入花键轴套（3）与所述联结底座（7）之间设置有用于转动的钢球；

信号盘（10）,所述信号盘（10）套设于所述输入花键轴套（3），且所述信号盘（10）与所述联结底座（7）之间设置有用于使联结底座（7）与输出法兰（1）分离并推动所述信号盘（10）发生位移的第三钢球（9）；

调节刻度盘（13），所述调节刻度盘（13）用于调节脱开扭矩，其套设于输入花键轴套（3），所述输入花键轴套（3）与所述联结底座（7）之间设置有弹簧（11）；所述弹簧（11）为多片碟型弹簧，使得传递的扭力值可达7000Nm至10000Nm；

位移信号传感器（15），所述位移信号传感器（15）用于捕捉所述信号盘（10）产生位移后发出的触发信号；所述钢球包括第一钢球（6）和第二钢球（8），所述第一钢球（6）和第二钢球（8）分别设置于所述联结底座（7）的第一凹槽（73）和第二凹槽（74）中；所述第一凹槽（73）内设置有用于限制第一钢球（6）的轴端挡圈(5),所述轴端挡圈(5)的一端面与所述第一钢球（6）相抵触，且所述轴端挡圈(5)的另一端面设置有弹性挡圈（4），所述弹性挡圈（4）套设于联结底座（7）；所述联结底座（7）上端面设置有信号盘接触部（72），所述信号盘接触部（72）的横截面为L型，且所述信号盘接触部（72）的下方设置有第三凹槽（75）,所述第三凹槽（75）为半圆型，其深度和开口直径均与所述第三钢球（9）的直径相同，且所述第三凹槽（75）的深度与所述信号盘接触部（72）的底部宽度相同，所述联结底座（7）远离所述第三凹槽（75）的侧面设置有用于连接输出法兰（1）的法兰螺孔（71），所述法兰螺孔（71）设置于所述联结底座（7）高度的4/5处，其直径小于所述第三凹槽（75）的开口直径，并与所述第三凹槽（75）的轴线平行分布,所述法兰螺孔（71）通过配套的联结螺栓（2）将输出法兰（1）连接；所述信号盘（10）包括与联结底座（7）的信号盘接触板（101）、固定在信号盘接触板（101）端面的信号盘检测板（102）、固定在信号盘检测板（102）并与所述信号盘检测板（102）构成弹簧（11）抵触面的信号盘抵触板（103）；所述信号盘接触板（101）宽度大于所述信号盘检测板（102）的宽度，且所述信号盘接触板（101）与信号盘接触部（72）相接触，所述信号盘检测板（102）的高度为信号盘抵触板（103）高度的3/5-4/5,且所述信号盘抵触板（103）的侧面与所述信号盘检测板（102）底面构成的抵触角度为100度-120度；所述输入花键轴套（3）为空心圆柱状，其外端面设置有转动区（31），所述转动区（31）与所述第一钢球（6）和第二钢球（8）相抵触，且所述输入花键轴套（3）的外端面还开设有用于安装弹性挡圈（4）的挡圈槽（32）,所述弹性挡圈（4）嵌入在所述挡圈槽（32）内并与轴端挡圈（5）相抵触，所述输入花键轴套（3）内侧面设置有键槽或花键输入孔；所述调节刻度盘（13）设置有用于紧定调节刻度盘（13）的尼龙头紧定螺钉（12）；所述位移信号传感器（15）的前端面的光感应区域长度为2mm，且所述位移信号传感器（15）的前端面高于所述信号盘（10）的上端面，其间距为磁场范围的1/5,所述信号盘（10）的位移距离为1.2mm,所述位移信号传感器（15）设置有连接负极的BU导线、连接正极的BN导线以及输出24V信号的BK导线；所述使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将主动轴装入输入花键轴套（3）内，被动端与输出法兰（1）相联，输出法兰（1）通过联结螺栓（2）与联结底座（7）相联；

步骤2、正常负载，调节刻度盘（13）压紧弹簧（11）使得第三钢球（9）压入联结底座（7）的第三凹槽（75）中，调节后拧紧尼龙头紧定螺钉（12）防止调节刻度盘（13）松动，同时轴端挡圈（5），弹性挡圈（4）进行轴向限位；

步骤3、异常超负载时，第三钢球（9）从联结底座（7）的第三凹槽（75）中滑出，弹簧（11）弹性形变，第一钢球（6），第二钢球(8)起到轴承作用，主动轴与被动端分离后，同时信号盘（10）发生位移，位移信号传感器（15）检测出信号LED灯（151）亮起可立即将主动轴停转；

步骤4、脱开停机后，需要消除异常负载后将主动轴启动低速旋转360°可将限制器复位，使第三钢球（9）压入联结底座（7）的第三凹槽（75）中,主动轴通过限制器将负载传递到被动端。

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