CN212564134U - 扭矩限制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种扭矩限制装置，能够一方面确保大的扭矩容量，一方面实现结构的简化及小型化。将阻断从驱动轴向齿轮(从动侧构件)的超过设定值的扭矩的传递的扭矩限制装置1构成如下：使所述齿轮与能够弹性变形的圆板构件在轴方向上隔开而配置于所述驱动轴，将所述齿轮能够旋转地支撑于所述驱动轴，并且将所述圆板构件固定于所述驱动轴，在所述齿轮与所述圆板构件的在轴方向上相向的各面的同一圆周上，在轴方向上相向地分别形成多个球孔，使球嵌合于在轴方向上相向的一对所述球孔，在所述齿轮与所述圆板构件之间插设多个所述球。

Description

扭矩限制装置

技术领域

本实用新型涉及一种扭矩限制装置(torque limiter device)，用于阻断从驱动轴向从动侧构件的超过设定值的扭矩的传递。

背景技术

例如，在将发动机(engine)或电动马达等驱动源的动力(扭矩)从驱动轴经由从动侧构件传递至操作机的动力传递装置中，当在操作机侧施加有超负载时，在动力传递路径中会进行超过设定值的过大扭矩的传递，过大的负载会作用至各部，因而有可能产生各种问题。因此，在动力传递路径设置扭矩限制装置，以阻断从驱动轴向从动侧构件的超过设定值的扭矩的传递。

且说，关于扭矩限制装置，迄今为止已提出各种方案。例如，在专利文献1中，提出了如下形式的装置：在驱动轴与能够旋转地配置在所述驱动轴的外周的圆筒状的从动侧构件之间，夹入沿圆周方向形成有突条的圆筒状的环形构件，通过作用至所述环形构件与驱动轴之间的摩擦力及作用至所述环形构件与从动侧构件之间的摩擦力，而从驱动轴经由环形构件向从动侧构件传递扭矩。在所述扭矩限制装置中，如果从驱动轴向从动侧构件传递的扭矩超过设定值，则在环形构件与驱动轴及从动侧构件之间会产生滑动，而阻断超过设定值的过大扭矩的传递。

并且，在专利文献2中，提出了一种扭矩限制装置，其构成为经由多个球(ball)进行从驱动侧构件向从动侧构件的扭矩传递，所述多个球嵌入至形成于驱动侧构件的锥形孔及形成于从动侧构件的圆孔。在所述扭矩限制装置中，如果从驱动侧构件向从动侧构件传递的扭矩超过设定值，那么球会抵抗对球施力的圆锥弹簧所施加的力进行移动而没入于从动侧构件，使所述球与驱动侧构件的卡合解除，因此从驱动侧构件向从动侧构件的扭矩传递被阻断。

此外，在专利文献3中，提出了一种扭矩限制装置，其设为在能够在轴方向上移动地花键(spline)嵌合于驱动轴的外周的球座(ball holder)，形成多个球嵌入槽，能够朝径向外方移动地保持与各球槽嵌合的球，并且利用弹簧对各球朝向径向内方(将球按压至球座的球嵌入槽的方向)施力，将驱动轴的扭矩经由球座及球传递至从动侧构件。在所述扭矩限制装置中，如果从驱动轴向从动侧构件传递的扭矩超过设定值，那么球会抵抗弹簧所施加的力而朝径向外方移动而从球座的嵌入槽脱离，因此从驱动轴向从动侧构件的扭矩传递被阻断。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开平11-043056号公报

[专利文献2]日本专利特开平10-331942号公报

[专利文献3]日本专利实开昭64-055326号公报

实用新型内容

[实用新型所要解决的问题]

但是，专利文献1中所提出的扭矩限制装置是通过环形构件的多个突条与驱动轴及从动侧构件之间的摩擦力而进行扭矩传递，所以传递扭矩容量比较小，存在不适用于进行大扭矩的传递的装置的问题。

并且，在专利文献2、专利文献3中所提出的扭矩限制装置是使用球及对球施力的弹簧(spring)，利用由弹簧的弹性变形导致的球的退避来阻断超过设定值的扭矩的传递，所以存在装置复杂化及大型化的问题。

本实用新型是鉴于所述问题而成，其目的在于提供一种能够一方面确保大的扭矩容量，一方面实现结构的简化及小型化的扭矩限制装置。

[解决问题的技术手段]

为了达成所述目的，本实用新型是一种扭矩限制装置1，阻断从驱动轴2向从动侧构件3的超过设定值的扭矩的传递，所述扭矩限制装置1的特征在于，使所述从动侧构件3与能够弹性变形的圆板构件4在轴方向上隔开而配置于所述驱动轴2，将所述从动侧构件3能够旋转地支撑于所述驱动轴2，并且将所述圆板构件4固定于所述驱动轴2，在所述从动侧构件3与所述圆板构件4的在轴方向上相向的各面的同一圆周上，在轴方向上相向地分别形成多个球孔3a、4a，使球5嵌合于在轴方向上相向的一对所述球孔3a、4a，在所述从动侧构件3与所述圆板构件4之间插设多个所述球5而构成。

根据本实用新型的扭矩限制装置，当来自驱动轴的传递扭矩为设定值以下时，通过多个球的相对于球孔的搁置阻力，而将驱动轴的扭矩从圆板构件经由球传递至从动侧构件，因此齿轮与圆板构件(驱动轴)一并一体地旋转。并且，当来自驱动轴的传递扭矩超过设定值时，球会从球孔脱离而搁置于圆板构件与从动侧构件的相向面(未形成球孔的平坦面)，所述球与圆板构件一同转动而不促进扭矩传递，因此朝向从动侧构件的超过设定值的过大扭矩的传递被阻断。

如以上所述，在本实用新型的扭矩限制装置中，来自驱动轴的扭矩是借由多个球的搁置阻力而传递至从动侧构件，因此能够实现比较大的扭矩的传递，而使所述扭矩限制装置确保大的扭矩容量。并且，多个球嵌合至形成于圆板构件与从动侧构件的在轴方向上相向的各面的同一圆周上的多个球孔，因此能够紧凑地配置这些球，可实现所述扭矩限制装置的结构的简化及小型化。

在所述扭矩限制装置1中，也可以在所述圆板构件4的与形成有所述球孔4a一侧的面为相反侧的面，形成以所述圆板构件4的旋转轴心为中心的环状的凹槽4c。

通过如上所述构成，而使得圆板构件的形成有凹槽的部位的刚性下降，以所述部位为起点，圆板构件容易产生弹性变形。因此，通过圆板构件的弹性变形，当传递扭矩超过设定值而使扭矩限制装置运行时球从球孔的脱离得以允许。

此外，也可以利用保持器(retainer)8将所述多个球5在圆周方向上连结成环状。

通过如上所述构成，而使得因为传递扭矩超过设定值而使扭矩限制装置运行时，从球孔脱离的多个球形成为一体而与圆板构件一同转动。

并且，也可以在所述从动侧构件3与所述圆板构件4的在轴方向上相向的各面的至少一者，形成将形成于这些面的多个所述球孔3a、4a彼此加以连结的环状的球导槽3b、4b。

根据所述构成，在传递扭矩超过设定值而使扭矩限制装置运行的状态下，多个球被引导至球导槽而在圆板构件与从动侧构件之间稳定地一同转动。

此外，所述从动侧构件3也可以是齿轮。通过如上所述利用与圆板构件形状相同的齿轮构成从动侧构件，能够在所述齿轮与圆板构件之间紧凑地插设多个球而达成所需的目的，并且能够实现扭矩限制装置的小型紧凑化。

[实用新型的效果]

根据本实用新型，可获得如下的效果：能够一方面确保大的扭矩容量，一方面实现扭矩限制装置的结构的简化及小型化。

附图说明

图1是表示本实用新型的扭矩限制装置的非运行时的状态的截面图。

图2是本实用新型的扭矩限制装置的圆板构件的平面图。

图3是本实用新型的扭矩限制装置的圆板构件的底视图。

图4是本实用新型的扭矩限制装置的齿轮的平面图。

图5是图1的A-A线截面展开图。

图6是表示本实用新型的扭矩限制装置的运行时的状态的截面图。

图7是图6的B-B线截面展开图。

图8是表示本实用新型的扭矩限制装置的规格的半裁截面图。

[符号的说明]

1：扭矩限制装置

2：驱动轴

3：齿轮(从动侧构件)

3a：齿轮的球孔

3b：齿轮的球导槽

4：圆板构件

4a：圆板构件的球孔

4b：圆板构件的球导槽

4c：圆板构件的凹槽

5：球

8：保持器

具体实施方式

以下，基于附图，说明本实用新型的实施方式。

图1是表示本实用新型的扭矩限制装置的非运行时的状态的截面图，图2是所述扭矩限制装置的圆板构件的平面图，图3是所述圆板构件的底视图，图4是所述扭矩限制装置的齿轮的平面图，图5是图1的A-A线截面展开图。

本实施方式的扭矩限制装置1是通过在齿轮3与圆板构件4之间插设多个球5而构成，所述齿轮是沿驱动轴2在轴方向(图1的上下方向)上隔开规定距离而配置的从动侧构件。

所述驱动轴2通过来自发动机或电动马达等未图示的驱动源的动力(扭矩)而旋转驱动，将所述齿轮3能够旋转地支撑于其阶差状的大径部2a的外周。在这里，齿轮3经由与其咬合的未图示的齿轮等，向例如未图示的驱动轮或操作机等传递动力(扭矩)，而对这些驱动轮或操作机等进行旋转驱动。

并且，在驱动轴2的前端部(图1的上端部)的小径部2b的外周，花键嵌合着所述圆板构件4，所述圆板构件4在被螺固于驱动轴2的前端螺钉部2c的带凸缘螺母6限制了轴方向移动的状态下，固定于驱动轴2的前端部。因此，圆板构件4与驱动轴2一并一体地旋转。另外，在圆板构件4与带凸缘螺母6之间，插设有插通至驱动轴2的前端螺钉部2c的环状的垫圈(washer)7。

此外，在与圆板构件4的与齿轮3在轴方向上相向的面(图1的下表面)的外周部相近的同一圆周上，如图3所示，在圆周方向上以等角度间距(图示例中为45°间距)形成有多个(图示例中为八个)半球状的球孔4a。在这里，如图3所示，在圆板构件4的形成有球孔4a的面(图1的下表面)，形成有在圆周方向上连接多个(八个)球孔4a的环状的球导槽4b。具体地说，球导槽4b形成穿过各球孔4a的中心的包络圆形状。

并且，在圆板构件4的与形成有球孔4a的面为相反侧的面(图1的上表面)，如图1及图2所示，形成有以所述圆板构件4的旋转轴心(驱动轴2的轴心)为中心的环状的凹槽4c。所述凹槽4c是截面形成圆弧曲面，并形成为在径向上比多个所述球孔4a更靠内侧(内径侧)。而且，在圆板构件4的形成有凹槽4c一侧的面(图1的上表面)的比凹槽4c更靠径向外方的外周缘部，如图1所示，形成有朝向径向外方向齿轮3侧(图1的下侧)倾斜的平坦的锥形面4d。因此，圆板构件4的外周缘部的厚度是越朝向径向外方越薄。

如上所述，通过在圆板构件4的与形成有球孔4a的面为相反侧(图1的上表面)形成凹槽4c，而使得所述圆板构件4的形成有凹槽4c的部位(弹性变形设定部位)的刚性低于其它部位，因此，所述部位比其它部位更容易弹性变形。

另一方面，在所述齿轮3的与圆板构件4在轴方向上相向的面(图1的上表面)的与形成于圆板构件4的多个球孔4a相向的位置，在同一圆周上在圆周方向上以等角度间距(本实施方式中为45°间距)，形成有与圆板构件4的球孔4a数量相同(本实施方式中为八个)的半球状的球孔3a。在这里，如图4所示，在齿轮3的形成有球孔3a的面(图1的上表面)，形成有在圆周方向上连结多个(八个)球孔3a的环状的球导槽3b。具体地说，球导槽3b形成穿过各球孔3a的中心的包络圆形状。

而且，在分别形成于齿轮3与圆板构件4的在轴方向上相向的各面的多个(八个)球孔3a、球孔4a之中、在轴方向上相向的各一对球孔3a、球孔4a，如图1所示，分别嵌合着球(钢球)5，多个(八个)球5是插设于圆板构件4与齿轮3之间。在这里，多个(八个)球5彼此如图5所示，通过保持器8而连结成环状(在图5的展开图中，图示为直线状)。

其次，说明如上所述而构成的扭矩限制装置1的作用。

在图1所示的动力传递系统中，在扭矩限制装置1处于非运行(扭矩限制功能断开(OFF))状态时，即，在传递扭矩为设定值以下的情况下，插设于圆板构件4与齿轮3之间的多个(八个)球5如图1及图5所示，嵌合至分别形成于圆板构件4及齿轮3的球孔4a、球孔3a。在所述状态下，利用来自未图示的驱动源的动力(扭矩)对驱动轴2进行旋转驱动时，固定于所述驱动轴2的圆板构件4与驱动轴2一并一体地旋转。并且，所述圆板构件4的旋转扭矩通过多个(八个)球5的相对于各球孔3a、球孔4a的搁置阻力而传递至齿轮3，因此齿轮3与圆板构件4一并一体地旋转，从驱动轴2经由圆板构件4及球5将扭矩传递至齿轮3。

此外，在本实施方式的扭矩限制装置1中，从动侧的驱动轮或操作机等例如会由于突然停止而对它们施加过大的负载，因此来自驱动轴2的传递扭矩超过设定值而变大，这时，所述过大的扭矩的朝向齿轮3的传递会被阻断，以下，基于图6及图7对这时的作用进行说明。

图6是表示本实用新型的扭矩限制装置的运行时(扭矩限制功能导通)的状态的截面图，图7是图6的B-B线截面展开图，当驱动轴2的传递扭矩超过设定值而变大时，大于所述搁置阻力的圆周方向上的力会从圆板构件4作用至各球5。因此，各球5无法滞留在形成于圆板构件4与齿轮3的球孔4a、球孔3a内，而如图6及图7所示，越过各球孔4a、球孔3a而搁置在圆板构件4及齿轮3的未形成球孔4a、球孔3a的部分(球导槽3b、球导槽4b)。所述球5的搁置是因为圆板构件4的刚性低的外周缘部以凹槽4c为起点如图6所示稍微产生弹性变形而得以允许。

如上所述，在多个球5越过圆板构件4及齿轮3的各球孔4a、球孔3a而搁置于圆板构件4及齿轮3的相向的面的状态下，搁置阻力不会作用至各球5，因此通过保持器8而相互连结成环状的多个(八个)球5如图7所示，与圆板构件4一同旋转，并在与所述圆板构件4相同的方向上作为一体在圆周方向上旋转，而进入至分别形成于圆板构件4及齿轮3的球孔4a、球孔3a之中在圆周方向上邻接的下一对球孔4a、球孔3a。另外，在本实施方式中，在圆板构件4及齿轮3，形成有将多个球孔4a、球孔3a分别连结成环状的球导槽4b、球导槽3b(参照图3及图4)，因此各球5被这些球导槽4b、球导槽3b引导而顺滑地一同旋转并进入至下一对球孔4a、球孔3a。由于连续地进行如上所述的动作，所以当驱动轴2的传递扭矩是超过设定值的过大扭矩时，所述过大的扭矩的朝向齿轮3的传递被阻断。这时，驱动轴2及圆板构件4空转，齿轮3的旋转停止，或者与球5一同旋转而旋转微小的角度。

如以上所述，在本实施方式的扭矩限制装置1中，来自驱动轴2的扭矩通过多个球5的搁置阻力而传递至齿轮3，因此能够实现比较大的扭矩的传递，而在所述扭矩限制装置1中确保大的扭矩容量。并且，多个球5嵌合至形成于圆板构件4及齿轮3的在轴方向上相向的各面的同一圆周上的多个球孔4a、球孔3a，因此能够紧凑地配置这些球5，而实现所述扭矩限制装置1的结构的简化及小型化。

并且，在扭矩限制装置1中，当来自驱动轴2的传递扭矩超过设定值时，球5会从分别形成于齿轮3及圆板构件4的球孔3a、球孔4a脱离而搁置在圆板构件4与齿轮3的相向面(未形成球孔3a、球孔4a的平坦面)，球5与圆板构件4一同旋转而不促进扭矩传递，所以朝向齿轮3的超过设定值的过大扭矩的传递被阻断。另外，在本实施方式中，在圆板构件4的与形成有球孔4a一侧的面为相反侧的面(图1的上表面)，形成有环状的凹槽4c，因此所述圆板构件4的形成有凹槽4c的部位(弹性变形设定部位)的刚性下降，以所述部位为起点，圆板构件4容易产生弹性变形。因此，通过圆板构件4的弹性变形，当传递扭矩超过设定值而使扭矩限制装置1运行时球5从球孔3a、球孔4a的脱离得以允许。

并且，在本实施方式的扭矩限制装置1中，使用与圆板构件形状相同的齿轮3作为从动侧构件，因此能够在所述齿轮3与圆板构件4之间紧凑地插设多个(八个)球5而达成所需的目的，并且能够实现所述扭矩限制装置1的小型紧凑化。

另外，在以上的实施方式中，是将分别形成于圆板构件4及齿轮3的球孔4a、球孔3a及嵌合于这些球孔4a、球孔3a的球5的数量设为八个，然而这些球孔4a、球孔3a及球5的数量为任意，并不限定于八个。但是，当考虑到整体的平衡时，理想的是四个以上的多个。

并且，在以上的实施方式中，在圆板构件4及齿轮3的在轴方向上相向的面(形成有球孔4a、球孔3a的面)分别形成有球导槽4b、球导槽3b(参照图3及图4)，但是这些球导槽4b、球导槽3b不一定必须形成于圆板构件4及齿轮3两者，也可以形成于圆板构件4及齿轮3中的任一者。

在这里，如果基于图8，求出本实施方式的扭矩限制装置1运行(扭矩限制功能导通)时的传递扭矩的设定值，则如下所述。

图8是表示扭矩限制装置的规格的半裁截面图，将所述扭矩限制装置1的规格定义如下。

T_Limit＝扭矩限制装置的扭矩设定值(Nm)

B_deep＝球孔的深度(mm)

D_B＝球的直径(mm)

N_B＝球的个数

F＝反弹力(N)

B_r＝球的轨道半径(mm)

R_B＝球的搁置阻力(N)

R_ed＝圆板构件的凹槽(弹性变形设定部)的半径(mm)

E＝纵向弹性系数(N/mm²)

I＝圆板构件的凹槽(弹性变形设定部)的截面二次力矩(mm⁴)

在这里，图8所示的B_deep1与B_deep2设为相同尺寸，将两者设为B_deep。并且，在圆板构件4的形成有凹槽4c的部位(弹性变形设定部位)的截面二次力矩I的设定中，所述部位以外的部位设为刚体。并且，在圆板构件4的形成有凹槽4c的部位(弹性变形设定部位)，原材料是设为处于弹性区域的范围内。此外，不考虑球5移动时的球导槽3b、球导槽4b(参照图3及图4)的深度。

当将以上所述设为前提时，所述扭矩限制装置1运行时的扭矩(设定值)T_Limit可用下式表示。

T_Limit＝R_B×N_B/(B_r/1000)……(1)

在这里，球5的搁置阻力R_B是利用球孔3a、球孔4a的深度B_deep及圆板构件4的反弹力F、球5的直径D_B及球5的个数N_B(本实施方式中为N_B＝8)，通过下式而求出。

R_B＝F×(2×B_deep/D_B×N_B)……(2)

上式(2)中的反弹力F可以如下求出。

即，使用材料力学中的弯曲力矩的算式：

δ＝W×I³/6EI……(3)。

在这里，δ是圆板构件4的位移(弹性变形量)，W是载荷(＝F)，当假设为截面二次力矩I＝B_r－R_ed，δ＝B_deep时，下述关系式成立。

2×B_deep/F＝(B_r－R_ed)³/6EI……(4)

根据上式，反弹力F可如下求出。

F＝((B_r－R_ed)³/6EI)/B_deep……(5)

因此，通过所述(1)式而求出的扭矩设定值T_Limit是由球孔3a、球孔4a的深度B_deep、球5的个数N_B、球5的轨道半径B_r、圆板构件4的凹槽4c部分的截面二次力矩I及圆板构件4的原材料的纵截面系数E等参数而确定。

另外，本实用新型并不将应用限定于以上说明的实施方式，在权利要求及说明书与附图记载的技术思想的范围内可以进行各种变形。

Claims (7)

1.一种扭矩限制装置，阻断从驱动轴向从动侧构件的超过设定值的扭矩的传递，所述扭矩限制装置具有下述构成，

使所述从动侧构件与圆板构件在轴方向上隔开而配置于所述驱动轴，

将所述从动侧构件能够旋转地支撑于所述驱动轴，并且将所述圆板构件固定于所述驱动轴，

在所述从动侧构件与所述圆板构件的在轴方向上相向的各面的同一圆周上，在轴方向上相向地分别形成有多个球孔，使球嵌合于在轴方向上相向的一对所述球孔，在所述从动侧构件与所述圆板构件之间插设多个所述球，

所述扭矩限制装置的特征在于：

所述圆板构件能够弹性变形。

2.根据权利要求1所述的扭矩限制装置，其特征在于，

在所述圆板构件的与形成有所述球孔一侧的面为相反侧的面，形成有以所述圆板构件的旋转轴心为中心的环状的凹槽。

3.根据权利要求1所述的扭矩限制装置，其特征在于，

利用保持器将所述多个球在圆周方向上连结成环状。

4.根据权利要求2所述的扭矩限制装置，其特征在于，

利用保持器将所述多个球在圆周方向上连结成环状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的扭矩限制装置，其特征在于，

在所述从动侧构件与所述圆板构件的在轴方向上相向的各面中的至少一者，形成有将形成于这些面的多个所述球孔彼此加以连接的环状的球导槽。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的扭矩限制装置，其特征在于，

所述从动侧构件是齿轮。

7.根据权利要求5所述的扭矩限制装置，其特征在于，

所述从动侧构件是齿轮。

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