CN220185657U - 一种固态安全耦合器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固态安全耦合器装置，耦合器壳体和耦合器压板组合套在动力机轮毂上形成了一个密闭腔体；在动力机轮毂上铣削成若干组叶轮腔，在密闭腔体内，所述摩擦片组件活动安装在叶轮腔上；摩擦片组件对应的耦合器壳体内壁上有喷涂锰基耐磨层；在耦合器压板的法兰连接面外环设有多个扭矩限制模块安装位，在耦合器压板的法兰连接面中部设有第一校准锥台，所述传动连接法兰的法兰连接面上与耦合器压板对应设有多个扭矩限制模块安装位，传动连接法兰的法兰连接面上与耦合器压板上的第一校准锥台匹配设有第二校准锥台，所述传动连接法兰与耦合器压板扣合通过扭矩限制模块安装在对应扭矩限制模块安装位上固定连接。

Description

一种固态安全耦合器装置

技术领域

本实用新型涉及机械传动连接技术领域，具体涉及一种固态安全耦合器装置。

背景技术

耦合器是一种机械装置，用于连接两个轴或轴承，使其能够互相传递转动力和扭矩，耦合器主要有传统液力耦合器和传统固态耦合器，主要用于汽车中的自动变速器，在海事和重工业中也有着广泛的应用。

液力耦合器又称液力联轴器，是一种用来将动力源(通常是发动机或电机)与工作机连接起来，靠液体动量矩的变化传递力矩的液力传动装置，液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器。

传统固态耦合器利用使外套压紧内套，内套压紧轴，产生的正压力并引起摩擦力来传递轴系的推力和扭矩。

1、传统液力耦合器发生过载时会熔化易熔塞导致喷油；

2、传统固态耦合器内部不耐磨，使用寿命较短；

3、传统固态耦合器校正难度大，需要使用百分表和磁力表座等工具，且需要专业安装人员的校正技巧。

实用新型内容

本实用新型的目的即在于克服现有技术不足，提供一种固态安全耦合器装置，解决传统固态耦合器内部不耐磨，使用寿命较短，以及传统固态耦合器校正难度大的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种固态安全耦合器装置，包括动力机轮毂、摩擦片组件、耦合器壳体、耦合器压板以及传动连接法兰，所述耦合器壳体和耦合器压板组合套在动力机轮毂上形成了一个密闭腔体；在动力机轮毂上铣削成若干组叶轮腔，在密闭腔体内，所述摩擦片组件活动安装在叶轮腔上；

所述摩擦片组件对应的耦合器壳体内壁上有喷涂锰基耐磨层；在耦合器压板的法兰连接面外环设有多个扭矩限制模块安装位，在耦合器压板的法兰连接面中部设有第一校准锥台，所述传动连接法兰的法兰连接面上与耦合器压板对应设有多个扭矩限制模块安装位，所述传动连接法兰的法兰连接面上与耦合器压板上的第一校准锥台匹配设有第二校准锥台，所述传动连接法兰与耦合器压板扣合通过扭矩限制模块安装在对应扭矩限制模块安装位上固定连接。

进一步的，所述扭矩限制模块的连接轴分为第一凸弧轴段、第二凹弧轴段和第三凸弧轴段，所述第一凸弧轴段插设在耦合器压板的扭矩限制模块安装位上，所述第三凸弧轴段插设在传动连接法兰的扭矩限制模块安装位上，第二凹弧轴段处在耦合器压板与传动连接法兰连接面位置。

耦合器本体主要由动力机轮毂、固态摩擦片、壳体、压力模块等几大部分组成。动力机轮毂上铣削成若干组叶轮腔，叶轮腔内安装活动的压力模块及固态摩擦片，与壳体和压板形成了一个密闭的腔体。当动力设备启动开始旋转时，通过剪切轴上的平键促使动力机轮毂跟随旋转，动力机轮毂上的叶轮推动腔体内的固态摩擦片跟随旋转做圆周运动，固态摩擦片在离心力作用下向远离圆心方向滑动，逐渐贴紧在壳体内壁上的锰基耐磨涂层上，与锰基喷涂层产生滑动摩擦力。此时壳体在滑动摩擦力的带动下产生旋转，但旋转速度远远小于动力设备转速，存在转速差。随着动力设备转速的升高，离心力逐渐变大，压力模块会向固态摩擦片施加一个压力，使其与锰基耐磨涂层之间的摩擦力增大达到设定值时，壳体转速与动力设备转速保持一致，达到同步旋转，摩擦力转为静摩擦力。

进一步的，所述摩擦片组件包括压力模块和固态摩擦片，所述固态摩擦片设置在压力模块的外端上，压力模块的内端活动插设在动力机轮毂的叶轮腔上。

进一步的，所述固态摩擦片的摩擦面上烧结粉末冶金层。

进一步的，所述耦合器壳体通过轴承套在动力机轮毂上，轴承外侧设有密封板。

进一步的，所述耦合器压板过轴承套在动力机轮毂上，轴承外侧设有密封板。

进一步的，所述第一校准锥台为校准凸锥台，所述第二校准锥台为校准凹锥台，第一校准锥台和第二校准锥台相互配合校准安装。

进一步的，所述第一校准锥台为校准凹锥台，所述第二校准锥台为校准凸锥台，第一校准锥台和第二校准锥台相互配合校准安装。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种固态安全耦合器装置，在安全方面，当传递的扭矩值瞬间大于设定的安全阀值时扭矩限制模块断开，耦合器本体与传动连接法兰脱离，扭矩的传递过程被中断，避免动力设备超负荷运行或堵转现象发生，当传递的扭矩值缓慢大于设定的安全阀值时，固态摩擦片与锰基耐磨涂层之间的静摩檫力即刻转变成动摩擦力并伴随着滑动现象，视野上直观的现象就是转速差产生，甚至出现传动连接法兰停止转动而耦合器本体正常转动的现象。有效杜绝动力设备(电机、内燃机等)因堵转或超负荷运转而发生设备事故。排除过载或卡滞因素后重新启动动力设备即可正常运转；

2、本实用新型一种固态安全耦合器装置，采用软启动，节能环保，动力设备启动瞬间，固态摩擦片与锰基耐磨涂层之间的摩擦力是滑动摩擦力，固态耦合器的转速远小于动力设备转速，存在速度差。一段时间后固态耦合器转速与动力设备转速保持一致，达到同步旋转。这个过程就是软启动作用过程，将电机的带载启动转变成为近乎空载启动，将带载启动电流(约额定电流的7～8倍)降低到软启动电流(约额定电流的2～3倍)，减小对电网的冲击。同时固态耦合器与动力设备之间没有转速差，没有能量损耗，扭矩的传递效率能达到98％左右，产生节能效果。与传统的液力耦合器相比，固态耦合器内部没有液体，杜绝了过载喷油和密封不严漏油的情况发生，具备环保优势；

3、本实用新型一种固态安全耦合器装置，免维护、安装简单快捷，减震效果好；成熟可靠的结构设计，壳体内壁的高温高压锰基喷涂工艺和固态摩擦片上的粉末冶金烧结工艺保障了良好的耐磨性和稳定的摩擦环境。整体设计充分考虑到现场作业的不便性，做到了免维护(不需要加油加脂)。传动连接法兰端面与耦合器本体压板之间的校正锥面和校正观察位，对联轴器的安装找正要求降低，能达到简单快速安装的目的。耦合器本体与传动连接法兰之间并非刚性硬连接，扭矩限制模块材质为工程塑料，拥有良好的吸震阻尼效果，有效避免动力设备上的震动传递到工作机上。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一种固态安全耦合器装置的部分结构示意图；

图2为本实用新型一种固态安全耦合器装置的结构示意图；

图3为本实用新型一种固态安全耦合器装置的安装结构示意图；

图4为本实用新型扭矩限制模块的结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-动力机轮毂，2-耦合器壳体，3-耦合器压板，4-传动连接法兰，5-锰基耐磨层，6-扭矩限制模块安装位，7-第一校准锥台，8-第二校准锥台，9-扭矩限制模块，10-第一凸弧轴段，11-第二凹弧轴段，12-第三凸弧轴段，13-压力模块，14-固态摩擦片，15-轴承，16-密封板，17-粉末冶金层，18-叶轮腔，19-校正锥面，20-校正观察位。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1-4所示，本实用新型一种固态安全耦合器装置，主要从三个方面入手解决现有耦合器的技术问题，1、更改产品结构，将耦合器内部介质由常规的油变成固态的摩擦片，避免过载时发生喷油现象；2、更改产品结构，增设耐磨层(粉末冶金层17和锰基喷涂层5)、解决耦合器内部不耐磨导致的寿命过短问题；3、更改产品结构、增设校正锥度作为定位基准，解决安装过程中校正难度高的问题；从而设计了本发明，包括动力机轮毂1、摩擦片组件、耦合器壳体2、耦合器压板3以及传动连接法兰4，耦合器壳体2和耦合器压板3组合套在动力机轮毂1上形成了一个密闭腔体；在动力机轮毂1上铣削成若干组叶轮腔18，在密闭腔体内，所述摩擦片组件活动安装在叶轮腔18上；

所述摩擦片组件对应的耦合器壳体2内壁上有喷涂锰基耐磨层5；在耦合器压板3的法兰连接面外环设有多个扭矩限制模块安装位6，在耦合器压板3的法兰连接面中部设有第一校准锥台7，所述传动连接法兰4的法兰连接面上与耦合器压板3对应设有多个扭矩限制模块安装位6，所述传动连接法兰4的法兰连接面上与耦合器压板3上的第一校准锥台7匹配设有第二校准锥台8，所述传动连接法兰4与耦合器压板3扣合通过扭矩限制模块9安装在对应扭矩限制模块安装位6上固定连接。传动连接法兰4的轮毂采用过渡配合安装至工作机(风机，减速机，泵等)输入轴上，与耦合器本体通过扭矩限制模块传递转矩。传动连接法兰4的法兰连接面与耦合器本体压板之间设计了校正锥面和校正观察位，通过校正锥面可以准确快速对准耦合器本体与传动连接法兰4的轴线，通过校正观察位可以一目了然的知晓锥面是否贴合，同轴度是否达标。

所述耦合器壳体2通过轴承15套在动力机轮毂1上，轴承15外侧设有密封板16。所述耦合器压板3过轴承15套在动力机轮毂1上，轴承15外侧设有密封板16。

耦合器本体主要由动力机轮毂1、固态摩擦片14、耦合器壳体2、压力模块13等几大部分组成。动力机轮毂1上铣削成若干组叶轮腔18，叶轮腔18内安装活动的压力模块13及固态摩擦片14，与耦合器壳体2和耦合器压板3形成了一个密闭腔体。当动力设备启动开始旋转时，通过剪切轴上的平键促使动力机轮毂1跟随旋转，动力机轮毂1上的叶轮推动腔体内的固态摩擦片14跟随旋转做圆周运动，固态摩擦片14在离心力作用下向远离圆心方向滑动，逐渐贴紧在壳体内壁上的锰基耐磨涂层5上，与锰基喷涂层5产生滑动摩擦力。此时壳体在滑动摩擦力的带动下产生旋转，但旋转速度远远小于动力设备转速，存在转速差。随着动力设备转速的升高，离心力逐渐变大，压力模块会向固态摩擦片施加一个压力，使其与锰基耐磨涂层5之间的摩擦力增大达到设定值时，壳体转速与动力设备转速保持一致，达到同步旋转，摩擦力转为静摩擦力。

耦合器本体通过剪切扭矩限制模块9传递扭矩至传动连接法兰4，当传递的扭矩值瞬间大于设定的安全阀值时扭矩限制模块9断开，耦合器本体与传动连接法兰4脱离，扭矩的传递过程被中断，避免动力设备超负荷运行或堵转现象发生，当传递的扭矩值缓慢大于设定的安全阀值时，耦合器本体内部打滑，扭矩的传递过程被中断，达到保护动力设备的目的。耦合器本体的轮毂采用过渡配合安装至动力设备(电机，内燃机等)输出轴上，通过剪切轴上的平键传递扭矩至耦合器本体。传动连接法兰4的轮毂采用过渡配合安装至工作机(风机，减速机，泵等)输入轴上，通过剪切轴上的平键传递扭矩至工作机输入轴。

实施例2

如图1-4所示，本实用新型一种固态安全耦合器装置，在实施例1的基础上，所述扭矩限制模块9的连接轴分为第一凸弧轴段10、第二凹弧轴段11和第三凸弧轴段12，所述第一凸弧轴段10插设在耦合器压板3的扭矩限制模块安装位6上，所述第三凸弧轴段12插设在传动连接法兰4的扭矩限制模块安装位6上，第二凹弧轴段11处在耦合器压板3与传动连接法兰4连接面位置。

扭矩限制模块9位于耦合器本体与传动连接法兰4之间，通过对它的剪切传递转矩。根据材料的屈服强度核算能承受的最大剪切力从而核算能传递的扭矩安全阀值，当瞬间超荷载时，第二凹弧轴段11会被剪断，从而使传动连接法兰4与耦合器主体分离。第一凸弧轴段10、第二凹弧轴段11和第三凸弧轴段12，外形为三段圆弧组成的弧形，中间圆弧确定能承受的剪切力阀值，两端圆弧面能吸收更大的偏转角度。

实施例3

如图1-4所示，本实用新型一种固态安全耦合器装置，在实施例1或2的基础上，所述摩擦片组件包括压力模块13和固态摩擦片14，所述固态摩擦片14设置在压力模块13的外端上，压力模块13的内端活动插设在动力机轮毂1的叶轮腔18上。所述固态摩擦片14的摩擦面上烧结粉末冶金层17。如图1中，固态摩擦片14上的粉末冶金层17与锰基耐磨涂层5之间形成的摩擦界面。

耦合器本体壳体内壁上喷涂锰基耐磨层5，在与之配合的固态摩擦片14上烧结粉末冶金层17，壳体内壁上的锰基耐磨涂层采用高温高压喷涂工艺，附着力强，硬度高，耐磨性好。固态摩擦片采用粉末冶金工艺整体烧结而成，因锰基耐磨层硬度高，其表面的摩擦系数低，所以在与之配合的固态摩擦片采用烧结粉末冶金层，改善摩擦系数，稳固摩擦环境，使其产生稳定的摩擦力。

实施例4

如图1-4所示，本实用新型一种固态安全耦合器装置，在实施例1、2或3的基础上，所述第一校准锥台7为校准凸锥台，所述第二校准锥台8为校准凹锥台，第一校准锥台7和第二校准锥台8相互配合校准安装。

耦合器安装时，通过耦合器压板3的第一校准锥台7，与传动连接法兰4的第二校准锥台8相互配合，锥面配合即可保证同轴度在0.1mm以内。如图3中校正锥面19处，在安装完成后，检查校正观察位20处，检查此处是否贴合，如果贴合则同轴度达标，如果不贴合，需重新调整安装。

实施例5

如图1-4所示，本实用新型一种固态安全耦合器装置，在实施例1、2或3的基础上，所述第一校准锥台7为校准凹锥台，所述第二校准锥台8为校准凸锥台，第一校准锥台7和第二校准锥台8相互配合校准安装。本实例和实施例4就是将凹凸锥台互换设置位置，都可以实现精准校准安装。

本实用新型一种固态安全耦合器装置，在安全方面，当传递的扭矩值瞬间大于设定的安全阀值时扭矩限制模块断开，耦合器本体与传动连接法兰4脱离，扭矩的传递过程被中断，避免动力设备超负荷运行或堵转现象发生，当传递的扭矩值缓慢大于设定的安全阀值时，固态摩擦片与锰基耐磨涂层之间的静摩檫力即刻转变成动摩擦力并伴随着滑动现象，视野上直观的现象就是转速差产生，甚至出现传动连接法兰4停止转动而耦合器本体正常转动的现象。有效杜绝动力设备(电机、内燃机等)因堵转或超负荷运转而发生设备事故。排除过载或卡滞因素后重新启动动力设备即可正常运转；

本实用新型一种固态安全耦合器装置，采用软启动，节能环保，动力设备启动瞬间，固态摩擦片与锰基耐磨涂层之间的摩擦力是滑动摩擦力，固态耦合器的转速远小于动力设备转速，存在速度差。一段时间后固态耦合器转速与动力设备转速保持一致，达到同步旋转。这个过程就是软启动作用过程，将电机的带载启动转变成为近乎空载启动，将带载启动电流(约额定电流的7～8倍)降低到软启动电流(约额定电流的2～3倍)，减小对电网的冲击。同时固态耦合器与动力设备之间没有转速差，没有能量损耗，扭矩的传递效率能达到98％左右，产生节能效果。与传统的液力耦合器相比，固态耦合器内部没有液体，杜绝了过载喷油和密封不严漏油的情况发生，具备环保优势；

本实用新型一种固态安全耦合器装置，免维护、安装简单快捷，减震效果好；成熟可靠的结构设计，壳体内壁的高温高压锰基喷涂工艺和固态摩擦片上的粉末冶金烧结工艺保障了良好的耐磨性和稳定的摩擦环境。整体设计充分考虑到现场作业的不便性，做到了免维护(不需要加油加脂)。传动连接法兰4端面与耦合器本体压板之间的校正锥面和校正观察位，对联轴器的安装找正要求降低，能达到简单快速安装的目的。耦合器本体与传动连接法兰4之间并非刚性硬连接，扭矩限制模块材质为工程塑料，拥有良好的吸震阻尼效果，有效避免动力设备上的震动传递到工作机上。

通过上述技术方案：

1、淘汰常规耦合器(液力耦合器)的内部介质油，更换成固态摩擦片，利用摩擦力传递扭矩。相关原理公式：摩擦力公式f＝μN，式中的f为摩擦力，μ为滑动摩擦系数，N为正压力。

其中的μ(滑动摩擦系数)由壳体内壁的锰基喷涂层5与固态摩擦片14上的粉末冶金层17决定；

其中的N(正压力)由压力模块产生的离心力决定。

2、在传统固态耦合器壳体内壁上采用高温高压喷涂工艺增加耐磨层。因耐磨层硬度高，材料表面的摩擦系数低，所以在与之配合的固态摩擦片上烧结粉末冶金层，改善摩擦系数，稳固摩擦环境，从而产生稳定的摩擦力。

3、在传统固态耦合器本体压板与传动连接法兰4端面之间增加校正锥面和校正观察位，校正锥面采用莫氏锥度，通过锥面定位确定耦合器本体与传动连接法兰4同心同轴线，通过校正观察位可以一目了然的知晓锥面是否贴合，同轴度是否达标，可以大幅降低现场安装找正工作的难度和强度。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种固态安全耦合器装置，包括动力机轮毂(1)、摩擦片组件、耦合器壳体(2)、耦合器压板(3)以及传动连接法兰(4)，其特征在于：所述耦合器壳体(2)和耦合器压板(3)组合套在动力机轮毂(1)上形成了一个密闭腔体；在动力机轮毂(1)上铣削成若干组叶轮腔(18)，在密闭腔体内，所述摩擦片组件活动安装在叶轮腔(18)上；

所述摩擦片组件对应的耦合器壳体(2)内壁上有喷涂锰基耐磨层(5)；在耦合器压板(3)的法兰连接面外环设有多个扭矩限制模块安装位(6)，在耦合器压板(3)的法兰连接面中部设有第一校准锥台(7)，所述传动连接法兰(4)的法兰连接面上与耦合器压板(3)对应设有多个扭矩限制模块安装位(6)，所述传动连接法兰(4)的法兰连接面上与耦合器压板(3)上的第一校准锥台(7)匹配设有第二校准锥台(8)，所述传动连接法兰(4)与耦合器压板(3)扣合通过扭矩限制模块(9)安装在对应扭矩限制模块安装位(6)上固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种固态安全耦合器装置，其特征在于：所述扭矩限制模块(9)的连接轴分为第一凸弧轴段(10)、第二凹弧轴段(11)和第三凸弧轴段(12)，所述第一凸弧轴段(10)插设在耦合器压板(3)的扭矩限制模块安装位(6)上，所述第三凸弧轴段(12)插设在传动连接法兰(4)的扭矩限制模块安装位(6)上，第二凹弧轴段(11)处在耦合器压板(3)与传动连接法兰(4)连接面位置。

3.根据权利要求1所述的一种固态安全耦合器装置，其特征在于：所述摩擦片组件包括压力模块(13)和固态摩擦片(14)，所述固态摩擦片(14)设置在压力模块(13)的外端上，压力模块(13)的内端活动插设在动力机轮毂(1)的叶轮腔(18)上。

4.根据权利要求3所述的一种固态安全耦合器装置，其特征在于：所述固态摩擦片(14)的摩擦面上烧结粉末冶金层(17)。

5.根据权利要求1所述的一种固态安全耦合器装置，其特征在于：所述耦合器壳体(2)通过轴承(15)套在动力机轮毂(1)上，轴承(15)外侧设有密封板(16)。

6.根据权利要求1所述的一种固态安全耦合器装置，其特征在于：所述耦合器压板(3)过轴承(15)套在动力机轮毂(1)上，轴承(15)外侧设有密封板(16)。

7.根据权利要求1所述的一种固态安全耦合器装置，其特征在于：所述第一校准锥台(7)为校准凸锥台，所述第二校准锥台(8)为校准凹锥台，第一校准锥台(7)和第二校准锥台(8)相互配合校准安装。

8.根据权利要求1所述的一种固态安全耦合器装置，其特征在于：所述第一校准锥台(7)为校准凹锥台，所述第二校准锥台(8)为校准凸锥台，第一校准锥台(7)和第二校准锥台(8)相互配合校准安装。