CN85101485B - 重载橡胶弹性安全联轴器 - Google Patents

Abstract

一种重载橡胶弹性安全联轴器，特别是适用于在轧钢机械中传递巨大冲击扭矩的重载橡胶弹性联轴器。此联轴器包括有两个半联轴器、橡胶弹性元件。在两半联轴器之间设置一个中间盘，中间盘上安装一组扇形支臂。扇形支臂插入从动半联轴器的一组扇形空腔中，与空腔中预紧安装的扇形橡胶弹性元件组成一组运动副。此正反向橡胶弹性元件以预紧组合的推挽工作方式无间隙地传递巨大的轧制扭矩。中间盘与主动半联轴器之间以安全销联接。

Description

重载橡胶弹性安全联轴器

本发明涉及一重载橡胶弹性安全联轴器，尤其适用于在轧机上传递巨大扭矩，并保护传动设备。

大多数轧机在动转中都具有重载及工艺强化的特征。轧机主传动系统中经常存在着巨大的冲击、强烈的扭振和运动部件的轴向窜动。有的轧机其扭矩放大系数（TAF）高达6至7倍，结果极易导致传动系统中设备严重磨损、机架结构断裂、基础本体破坏。

为减缓或消除上述轧机中的有害运动，用于轧机上的大型弹性联轴器除能传递巨大的轧制扭矩外，还需具有要求的缓冲削峰性能、扭转刚度能在现场简便地调整变动、联接轴具有多向偏移适应能力、轴线对中调位性好、本身结构不应存在扭转传动间隙、安装中不需轴向移动被联接机械、弹性元件更换方便、维护工作量小、弹性元件使用寿命长等多项技术性能。

英国专利771034号的联邦德国Cardeflex联轴器是一种带金属弹簧的弹性联轴器。它比较好地满足了轧机传动对重载联轴器的要求。它是通过在圆周切线方向布置的一组圆柱形金属压力弹簧来传递扭矩的。许多国家的轧机主传动系统中都在使用这种联轴器。但是，Cardeflex联轴器的大型金属弹簧在安装和拆换时都很不方便，必须先借助一个专用抱环对全组弹簧施加预紧力并箍到规定尺寸的环形状态，再进行细致费时的多孔对位穿销，才能完成弹簧的组装工作。弹簧不能单独更换。抱环所施的预紧力大，在装拆时既费时又不安全。弹性元件现场刚度调整也很困难。

美国专利4，257，242公开了一种橡胶弹性联轴器，在这种联轴器的一种实施方式中，其中一个部件上开有扇形腔，这些扇形腔在径向开口以便传递动力的径向齿板插入，其径向齿板是整体结构，单个齿板断裂后就必须整体更换。

苏联专利826120号公开的一种橡胶弹性联轴器的结构，其传递动力的径向齿板是整体结构，单个齿板断裂后不能单独更换，而且这种联轴器中的弹性元件没有预紧，在运转中会出现传动间隙，不适应转速多变的重载冲击。

苏联专利823690号公开的另一种橡胶弹性联轴器的结构，这种联轴器能传递的扭矩很小，安装中弹性元件没有预紧，运转时也会出现传动间隙。此外，由于橡胶块变形不均匀，弹物元件使用寿命比较短。本发明的目的在于研制一种重载弹性安全联轴器，使其能够满足轧机之类的设备在传动技术中的特殊要求。该联轴器既能传递巨大的轧制扭矩，又能在动转中不出现结构上的传动间隙，减缓主传动系统的动载峰值，并且弹性元件更换方便，能快速实现传动系统的现场刚度调整，具有正、反转双向弹性，联接轴有三向位移适应能力。橡胶弹性元件结构设计合理，变形均匀，使用寿命长。

本发明是采用下列构件来满足上述要求的。根据本发明，在两个半联轴器之间的中间盘上固定安装一组悬臂扇形支臂。扇形支臂插入从动半联轴器上对应的一组扇形空腔中，与扇形空腔中被预紧的扇形橡胶弹性元件组成一组运动副。正、反向橡胶元件按预紧组合推挽工作方式传递巨大的轧制扭矩。对于不可逆轧机，正、反向橡胶元件采用不同的安装数量和刚度特性。正向橡胶元件是传递轧制扭矩的主弹簧。反向橡胶元件运转中始终保持预紧状态，不仅缓和了支臂的反向冲击，而且由于与正向橡胶元件一起推挽式协调变形，从而使联轴器实现了无间隙地传递动力。对于可逆轧机，扇形支臂两侧的正、反向弹性元件采用相同数量、相同刚度特性及规格的橡胶元件，使联轴器正反转具有相同的工作特性。主动半联轴器和中间盘的最外缘上安装有安全销，这样做既便于更换，又减小了销子的尺寸和重量，降低销子成本。橡胶弹性元件的预紧安装通过一个专用偏心轴工具实现，全部扇形空腔中的橡胶弹性元件一次预紧安装完毕，预紧也可通过其它方式实现。扇形支臂和弹性元件可单独更换，其拆换程序和预紧安装程序相同。在两半联轴器和中间盘上都开有不同功能的工艺孔，从而使装拆程序能够做到操作简便、快速、安全。本发明的重载弹性安全联轴器的传力部件在传力方向采用了按圆周分布的扇形结构，使各部件受力均匀。橡胶元件的径向各部位具有相同的相对压缩变形量，因此延长了部件的使用寿命。橡胶弹性元件圆环形传力截面的四周设有保证受力面有效接触的定位边缘，本体上开有压缩形变中能产生自泵效应的散热风道，以此提高橡胶元件的承载能力和使用寿命。

调整橡胶元件的胶料配方或在联轴器上的安装数量，并换装相应规格的定位销，联轴器的工作特性（扭转刚度和最大弹性转角Q〈`;;max`〉）就会发生变化，可适应不同轧机的要求。

下面参照附图对本发明进行更详细地描述：

图1A至图1B是本发明的一种实施方式，图1A是其半剖主视图，图1B是其半剖侧视图。

图2A至图2B是图1A至图1B实施方式的主动半联轴器10，图2A是其主视图，图2B是其侧视图。

图3A至图3B是图1A至图1B实施方式的从动半联轴器8，图3A是其主视图，图3B是其侧视图。

图4A至图4B是图1A至图1B实施方式的中间环形盘12，图4A是其主视图，图4B是其侧视图。

图5A至图5C是本发明的悬臂扇形支臂20，图5A是其主视图，图5C是其侧视图。

图6A至图6B是本发明的扇形橡胶弹性元件14、16、18，图6A是其主视图，图6B是其剖视图。

图7A至图7B是本发明的另一种实施方式，图7A是其主视图，图7B是其侧视图。

在图1A至图1B的实施方式中，本发明的重载弹性安全联轴器主要由主动半联轴器10、从动半联轴器8、中间环形盘12，正、反向扇形橡胶弹性元件14、16、18和悬臂扇形支臂20组成。扇形支臂20通过钢套32用一个螺母70固定在中间环形盘上。橡胶弹性元件14、16、18预紧放置在扇形支臂20的两侧。中间盘12和主动半联轴器10的最外缘上装有安全销52（根据需要可设两个）。安全销52在正常工作情况下传递扭矩，在超载工作情况下折断以保护设备。当联轴器工作时，力从主动半联轴器10经由安全销52传到中间盘12，然后再经钢套32、扇形支臂20，并沿着旋转的切线方向将力传到正向弹性元件14、16，正向弹性元件14、16按弹性力学规律将力缓冲后传递到从动半联轴器8上。同样，力也可以沿与上述相反的方向由从动半联轴器8传至主动半联轴器10。

考虑到在轧机传动中，负荷扭矩的变化主要来自从动方，即由轧钢中巨大的冲击引起的轧制扭矩变化。因此以半联轴器8作为从动半联轴器，半联轴器10作为主动半联轴器。这样在轧钢中产生的巨大冲击扭矩经过弹性元件缓冲消峰后才传递到安全销52，从而大大减少了断销次数，也保护了动力设备。

图3A至图3B中从动半联轴器8上按圆周均布开有一组用于放置扇形支臂20和正、反向扇形橡胶弹性元件14、16、18的扇形空腔22，其数量最好是偶数（图中为八个）。扇形空腔的缺口24是橡胶弹性元件通风散热的通道，也便于维护观察扇形支臂20和橡胶弹性元件14、16、18的工作情况。半联轴器8上的一组圆孔26（图中为八个）具有多种使用功能，既可做转角定位销安装孔，又可做改造成尼龙柱销刚性联轴器时的尼龙柱销安装孔，还可作为弹性元件预紧安装时专用偏心轴工具的着力支持用孔。

图2A至图2B中主动半联轴器10的最外缘上开有一组供安装安全销的通孔46（图中为八个）。长圆孔50是在发生断销事故时供拆卸断销用的。孔46与孔50在一同心圆上。

图4A至图4B中的中间环形盘12是本实施方式的重要部件。中间盘12上按圆周均布一组通孔28（图中为八个）。孔28内装有钢套32，扇形支臂20的锥柄72插入钢套32中。支臂20的凸肩54（见图5B）镶嵌在孔28处的扇形凹槽30中定位，使传力过程中支臂20不会绕自身锥柄轴线旋转。扇形支臂20由螺帽70紧固在中间盘12上（见图1A）。用于橡胶弹性元件预紧安装的异形方孔34（图中为四个）和用于放置转角定位销78（见图1B）的长圆孔36（图中为四个）相间布置，并各与半联轴器8上的孔26对应，孔38（图中为八个）用于将本发明的弹性联轴器改为刚性联轴器时安放钢芯尼龙柱销。孔38也与半联轴器8上的孔26对应。孔36与孔38设计成图4B中所示的形状，省去一侧的盖板77，使安装简便，节省时间。孔40（图中为八个）对准一个正向橡胶元件。当支臂折断时，可通过孔40将与其正对着的一个正向橡胶元件顶出。孔42是橡胶弹性元件的散热通孔（图中为八个）。中间盘12最外缘的孔44与半联轴器10的孔46对应，是安全销52的安装孔（图中为八个）。孔48与孔44在一同心圆上，用于拆卸折断的安全销。

中间环形盘12虽然开有许多孔。但布置合理，不影响强度。它们不但各有各的用途，而且大大减轻了中间盘12的重量。图5A至图5C中的扇形支臂20是本发明两半联轴器间传递扭矩的联接部件。在扇形支臂20与中间盘12的扇形槽30镶嵌的一端带有凸肩54。凸肩54不但具有固定扇形支臂的作用，而且还增大了支臂锥柄根部的截面积，从而加强了锥柄根部的强度，使其不易发生折断事故。扇形支臂20本体上还设计有吊装用孔56、58、60和事故拆卸用螺孔62，为安装工作提供方便。

图6A至图6B中的橡胶弹性元件14、16、18具有独特的结构设计。它们由专门研制的胶料配方在模具中经注压硫化成型工艺制造而成。元件内部组织及物理性能均匀。橡胶弹性元件在传力方向采用了按联轴器圆周方向分布的扇形结构，此扇形弹性元件的内、外圆弧80、82都是以联轴器轴线为圆心的同心圆，与受力方向垂直的截面84为一圆环形，使元件各个部分在传力过程中获得相同的相对压缩变形量，在橡胶弹性元件外缘上设计有为保持圆环形受力面84有效接触和橡胶弹性元件均匀变形的定位边缘64。在橡胶弹性元件圆环形截面的中央开有一个通孔68，它为橡胶弹性元件压缩变形提供了空间。上述结构设计，使橡胶元件具有符合直线变化规律的弹性变形特性。正、反向弹性元件的相对压缩变形量分别不超过11%和35%，正向弹性元件的硬度为邵氏79°-81°，反向弹性元件的硬度为邵氏37°-39°。

本发明的橡胶弹性元件的冷却是利用弹性元件的自泵效应完成的。在橡胶弹性元件两侧平面中部开有直通的半圆槽66。当元件变形时（压缩和恢复）就能自动排出元件内腔中的热空气，从而达到通风散热的目的，延长元件的使用寿命。

正、反向橡胶弹性元件采用全胶料制品，不带钢板底座和联接螺钉，也无特殊的粘接要求。它们的结构和外形尺寸完全相同，只是胶料配方和特性不同。这样做既减少制造用模具，又便于现场刚度调整时弹性元件的选配组合及安装。

本发明的重载弹性安全联轴器虽属多弹性元件组合式类型，但它具有弹性元件预紧组合安装的特殊本体结构，因而消除了传动中出现扭转间隙的问题。安装时，将扇形支臂20的锥柄72插入中间盘12的钢套32中。支臂20的凸肩54镶嵌在孔28处的扇形槽30中定位，使传力过程中支臂20不会绕自身锥柄72转动。支臂20由螺帽70紧固在中间盘12上。支臂20的另一端分别插入半联轴器8上对应的一组扇形空腔22内。然后把反向橡胶弹性元件18全部装入各扇形腔中支臂20的一侧（联轴器旋转方向的后方侧），如图1B中Ⅰ圆所示。将中间盘12上的异形方孔34和半联轴器8上的孔26对齐，从方孔34一侧向孔26插入专用偏心轴工具86。转动偏心轴工具86就可使半联轴器8和中间盘12发生相对转动，扇形支臂20就会将反向弹性元件18压缩一定的角度，如图1B中Ⅱ圆所示。这时，正向弹性元件14、16就可顺利地装入扇形腔22中扇形支臂20的另一侧（联轴器旋转方向的前方侧），如图1B中圆Ⅲ所示。反方向转动偏心轴86就可取出偏心轴工具。到此橡胶弹性元件安装完毕。此时，反向橡胶弹性元件18就经扇形支臂20向正向橡胶弹性元件14、16施加其预紧的压力。正、反向弹性元件在预紧力平衡下保持着不同的预压缩状态，从而使联轴器在运转中实现了无间隙地传递动力。维护中可按需要单独更换弹性元件和支臂，其程序与弹性元件预紧安装程序相同，操作简便、安全。

中间盘12上预紧弹性元件用的异形方孔34，其受力摩擦面采用了自溶合金粉喷焊强化处理。

上面所述的专用偏心轴工具86是一个一端为凸轮，另一端为套搬手用的长轴，结构简单，制造方便。

中间盘12上的长圆孔36与异形方孔34相间布置，安装时选孔方便，节省安装时间。橡胶弹性元件安装完毕后，通孔26就与长圆孔36对准。从通孔26一侧向长圆孔36插入定位销78，盖上端口的盖板77，转角定位销就安装完毕了。

把半联轴器10的通孔46与中间盘12上的通孔44对齐，装上安全销52。这时，本发明第一实施方式的弹性联轴器就安装好了。

调整橡胶弹性元件的胶料配方或在联轴器上的安装数量，并换装相应规格的定位销，联轴器的工作特性（扭转刚度及最大弹性转角Q〈`;;max`〉）就会发生相应的变化，以适应不同轧机的具体要求。

本发明的重载弹性安全联轴器，因扇形支臂在扇形空腔中留有足够的轴向和径向间隙，加上橡胶元件具有多向弹性的特点，因此当两半联轴器轴线间发生轴向、径向或角度方向的偏移时，联轴器仍能正常运转传递扭矩，具有轴线多向偏移的适应能力。

本发明联轴器的安全销布置在联轴器的最外圆周上，既便于更换，又减小了销子的尺寸和重量，降低销子成本，还能少占用装拆销子所需的轴向空间。

本发明的联轴器还设计有转变为尼龙柱销刚性联轴器的备用结构。拆除全部橡胶元件后，将中间盘12上的一组通孔38与半联轴器8的一组通孔26对齐，然后从孔26一侧将一组钢芯尼龙柱销插入对齐的孔38中。盖上孔端口的盖板77，弹性联轴器就转变为刚性联轴器了，方法很简便。

当不幸发生扇形支臂锥柄折断事故时，因支臂两侧橡胶弹性元件处在预紧压缩状态下，元件的前述正常拆装程序将发生困难。为此，中间盘12上特别设计有一组供断柄时拆除橡胶弹性元件的专用通孔40。借助千斤顶经通孔40能将紧压着的一个正向橡胶弹性元件从半联轴器8一侧顶出。消除预紧力后就可轻易取出该断臂所在扇形腔中其余的橡胶弹性元件和折断的扇形支臂。

如果联轴器传递的扭矩超过设计规定的最大值，安全销就被剪断。通常拆除断销必须将孔44和孔46相互完全对齐才能将断销打出。这样做很费劲。为此，在孔44和孔46各自的一侧还分别设计有长圆孔48、50。只要将中间盘12稍加转动，使圆孔44、46分别对准长圆孔50、48就可很容易地将折断的两半断销分别打出。中间环形盘12经双向止推轴承74外套在半联轴器10上，在中间盘12与半联轴器10之间还设有防止中间盘轴向串动的止推垫环76，以防止安全销上承受轴向张力。止推环76上设有给本身摩擦面和轴承74加润滑油的干油孔道。

图7A至图7B是本发明的另一个实施方式。它用在不需安装安全销或安全销装在联轴器外其它部位的场合下。此时，本发明第一个实施方式的中间环形盘12与主动半联轴器10合并做为一个半联轴器并省去了止推轴承。上述半联轴器的结构和中间环形盘12的结构基本相同。

上述发明的两台试验装置已在中国成都一家轧钢厂的轧机主传动上试运行，其技术指标已经达到并部分超过当前在国际上处于领先地位的，西德的Cardeflex联轴器W型产品。至今未发生过影响生产的事故，对轧机起着良好的保护作用，有显著的技术经济效益。本发明的重载弹性安全联轴器的橡胶弹性元件的更换比联邦德国Cardeflex联轴器更快、更安全、更简便。而且本发明的重载弹性安全联轴器的制造费用比Cardeflex联轴器更低廉。

Claims (22)

1、一种用于传递巨大冲击扭矩的橡胶弹性安全联轴器，包括有：

一个第一半联轴器8;

一个第二半联轴器10;

一组插入扇形空腔中的扇形支臂20;

一组安装在扇形空腔中配置在扇形支臂两侧预紧的正、反扇形橡胶弹性元件14，16，18;

其特征是：在所说的第一半联轴器8和第二半联轴器10之间设置一个通过安全销52与所说第二半联轴器10相联的中间环形盘12，所说的一组扇形支臂20是可单独更换的悬臂式扇形支臂，它们安装在中间环形盘12上，并用紧固件70固定，所说的第一半联轴器8上开有一组扇形空腔22，所说的扇形空腔22仅在联轴器的轴线方向上贯通，所说的支臂20轴向插入所说扇形空腔中的正、反向橡胶弹性元件之间，所说的橡胶弹性元件是可更换的。

2、根据权利要求1所述的联轴器，其特征是所说的扇形空腔22在所说第一半联轴器8上呈圆周均匀分布，所说的扇形支臂20均匀地安装在中间环形盘12上。

3、根据权利要求2所述的联轴器，其特征是所说的扇形支臂20是带有凸肩54的扇形支臂。

4、根据权利要求3所述的联轴器，其特征是所说的扇形空腔22和扇形支臂20的数量最好是偶数。

5、根据权利要求1或4所述的联轴器，其特征是所说的扇形橡胶弹性元件14，16，18的扇形截面的内、外圆弧80、82都是以联轴器的轴线为圆心的同心圆，所说的扇形截面平行于力的传递方向，所说的扇形橡胶弹性元件还有一圆环形的截面，该圆环形的截面垂直于力的传递方向。

6、根据权利要求5所述的联轴器，其特征是所说的扇形橡胶弹性元件14，16，18带有定位边缘64。

7、根据权利要求6所述的联轴器，其特征是所说的橡胶弹性元件14，16，18的两侧平面开有供其散热通风用的直通半圆槽66。

8、根据权利要求7所述的联轴器，其特征是所说的正、反向扇形橡胶弹性元件14，16，18的形状完全相同。

9、根据权利要求8所述的联轴器，其特征是所说的正向橡胶弹性元件14，16设置在各悬臂式扇形支臂的前方侧，而所说的反向扇形橡胶弹性元件18设置在各悬臂式扇形支臂的后方侧，所说的前方侧和后方侧是指联轴器旋转方向的前、后方侧。

10、根据权利要求9所述的联轴器，其特征是所说的第一半联轴器8的外缘上360°内均布一组用于扇形橡胶弹性元件14，16，18预紧安装时专用工具86着力支持或安放转角定位销78或安装尼龙柱销的多功能圆孔26。

11、根据权利要求10所述的联轴器，其特征是在所说的中间环形盘12的圆周上均布一组用于固定安装所说的悬臂式扇形支臂20的圆孔28，这些圆孔中装有钢套32，并在每个孔的部位开有与所说的扇形支臂的凸肩配合的径向扇形槽30。

12、根据权利要求11所述的联轴器，其特征是沿中间环形盘12圆周均布一组用于橡胶弹性元件14，16，18预紧安装的异形方孔34，这些异形方孔34与所说的第一半联轴器8上的多功能圆孔26对应。

13、根据权利要求12所述的联轴器，其特征是沿中间环形盘12圆周均布一组用于安放转角定位销的长圆孔36，这些长圆孔36与第一半联轴器8上的多功能圆孔26对应。

14、根据权利要求13所述的联轴器，其特征是沿中间环形盘12圆周均布一组在刚性联接时安装尼龙柱销的通孔38，这些通孔38与第一半联轴器8上的多功能圆孔26对应。

15、根据权利要求14所述的联轴器，其特征是沿中间环形盘12圆周均布一组在悬臂式扇形支臂20折断时顶出扇形橡胶弹性元件的事故用通孔40和一组供橡胶弹性元件通风散热的通孔42。

16、根据权项要求15所述的联轴器，其特征是在所说的中间环形盘12和所说的第二半联轴器10的最外缘上相互对应地各均布一组用于安装安全销52的通孔44，46，并各布置一组在发生断销事故时用于拆除断销的长圆孔48，50，这些孔都布置在一同心圆上。

17、一种预紧安装如权利要求1所述橡胶弹性安全联轴器的方法，其特征是首先将第一半联轴器8上的一组圆孔26和中间环形盘12上的一组异形方孔34对正，其次向两对正的孔内插入一个一端带有凸轮的长轴，使凸轮位于所说的异形方孔34内，最后转动所说的长轴使第一半联轴器8和中间环形盘12相对转动，从而实现扇形弹性元件的预紧安装。

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