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一種軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器及其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法與流程

文檔序號(hào):11941601閱讀:1400來源:國知局
一種軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器及其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法與流程

本發(fā)明涉及一種聯(lián)軸器,尤其是一種軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器及其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法,屬于聯(lián)軸器技術(shù)領(lǐng)域。



背景技術(shù):

軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器,主要由帶葉輪的葉輪輪轂、軸承、殼體、填充在殼體內(nèi)的鋼球、彈性件、半聯(lián)軸器等組成,也可與制動(dòng)輪、皮帶輪配合使用。由鋼球與殼體內(nèi)壁間的摩擦力矩傳遞轉(zhuǎn)矩。彈性件使安全聯(lián)軸器具有一定的安裝誤差補(bǔ)償及緩沖減震作用。

通常將安全聯(lián)軸器裝在傳動(dòng)鏈的主動(dòng)端,當(dāng)原動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),由于轉(zhuǎn)速很低,離心力很小,鋼球產(chǎn)生的摩擦力也很小,主動(dòng)端隨原動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),安全聯(lián)軸器的工作機(jī)側(cè)靜止,原動(dòng)機(jī)為近似空載啟動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的增加,摩擦力逐漸增大,安全聯(lián)軸器的從動(dòng)端帶動(dòng)工作機(jī)開始旋轉(zhuǎn),直到與主動(dòng)端同步旋轉(zhuǎn),原動(dòng)機(jī)的整個(gè)啟動(dòng)過程是一個(gè)平穩(wěn)的逐漸加載的過程,實(shí)現(xiàn)了原動(dòng)機(jī)的“軟”啟動(dòng),改變了普通聯(lián)軸器聯(lián)接時(shí)的帶載啟動(dòng)方式。當(dāng)工作機(jī)過載或卡死時(shí),由于轉(zhuǎn)矩超過了設(shè)計(jì)摩擦力可傳遞的轉(zhuǎn)矩,安全聯(lián)軸器打滑,防止機(jī)械部件的損壞及電動(dòng)機(jī)的過載,達(dá)到過載安全保護(hù)的目的。

近幾年隨著傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展,國內(nèi)已有廠家在水泥設(shè)備、帶式傳送設(shè)備、負(fù)載慣量大的設(shè)備等方面零星使用。但是該聯(lián)軸器由于缺乏理論計(jì)算體系,而導(dǎo)致可靠性不佳,使其應(yīng)用和推廣受到限制。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)上述存在的問題,提供一種優(yōu)化計(jì)算及設(shè)計(jì)的軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器及其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法,以保證這種機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器功能的實(shí)現(xiàn),并保證其結(jié)構(gòu)的可靠,已達(dá)到推廣軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器應(yīng)用的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:

一種軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器,包括具有用于容納鋼球的鋼殼1,所述鋼殼1的軸心設(shè)置有葉輪輪轂2,葉輪輪轂2上設(shè)置有葉輪3,鋼球4裝填在鋼殼1內(nèi),所述鋼殼1的側(cè)端為用戶連接端,葉輪輪轂2用于與電機(jī)連接;裝填在鋼殼內(nèi)的鋼球總數(shù)量Z與聯(lián)軸器具有以下關(guān)系:

<mrow> <mi>Z</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>4</mn> <msub> <mi>KT</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mn>9</mn> <mo>&times;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mn>5</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&mu;D</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>m</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

式中,K為聯(lián)軸器安全系數(shù);Tj為所裝載電機(jī)的理論扭矩kN.m,P為電機(jī)功率KW,n為電機(jī)工作轉(zhuǎn)速rpm;μ為鋼球與鋼殼的摩擦系數(shù);D0為鋼殼的內(nèi)徑mm;D1為鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑mm,d0為鋼球的直徑mm,b為葉輪寬度mm;m為每粒鋼球的重量kg。

所述鋼球的直徑為2.0mm-6.0mm。

所述葉輪上設(shè)置有加強(qiáng)筋,該加強(qiáng)筋位于葉輪寬度的中部,且沿葉輪輪轂的圓周將相鄰葉輪進(jìn)行連接。

本發(fā)明的一種軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法,包括以下步驟:

S1、確定該聯(lián)軸器的原動(dòng)機(jī)扭矩;

S2、確定聯(lián)軸器安全系數(shù),選取鋼球直徑d0規(guī)格,根據(jù)原動(dòng)機(jī)對(duì)聯(lián)軸器鋼殼內(nèi)徑D0、葉輪輪轂外圓直徑D3、葉輪寬度b進(jìn)行初步設(shè)計(jì),并預(yù)估填充鋼球總質(zhì)量G或者鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑D1;

S3、校核鋼球與聯(lián)軸器鋼殼體積關(guān)系;

S4、校核扭矩;

S5、在S3和S4步驟中,如校核不滿足要求,則相應(yīng)調(diào)整聯(lián)軸器鋼殼內(nèi)徑D0、葉輪輪轂外圓直徑D3、葉輪寬度b,或相應(yīng)調(diào)整鋼球總質(zhì)量G或者鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑D1,重復(fù)S3和S4步驟至滿足要求;

其中,在S3和S4的校核過程中,按照下式進(jìn)行:

鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑

鋼球體質(zhì)心圓的內(nèi)徑且D2>D3;

摩擦力可傳遞的扭矩理論扭矩

安全系數(shù)

式中,D0為聯(lián)軸器鋼殼內(nèi)徑mm,Z為鋼球的總數(shù)量,d0為每粒鋼球直徑mm,b為葉輪寬度mm,D3為葉輪輪轂外圓直徑mm,G為鋼球總質(zhì)量Kg,μ為鋼球與鋼殼的摩擦系數(shù),P為電機(jī)功率KW,n為電機(jī)工作轉(zhuǎn)速rpm。

進(jìn)一步的,在設(shè)計(jì)中鋼球的直徑為選取范圍為2.0mm-6.0mm。

綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明的有益效果是:

該設(shè)計(jì)下的軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器,通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn),其輸入轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速接近一致,正常工況下聯(lián)軸器的表面沒有溫差,輸出的扭矩和理論計(jì)算扭矩非常接近,隨著轉(zhuǎn)速的增加,輸出扭矩也不斷增加,其運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性也非常高,為軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器提供了一種準(zhǔn)確且效果顯著的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明,其中:

圖1是本發(fā)明軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器的軸向剖面示意圖;

圖2是本發(fā)明軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器的徑向剖面示意圖。

圖中標(biāo)記:1-鋼殼、2-葉輪輪轂、3-葉輪、4-鋼球、5-加強(qiáng)筋。

具體實(shí)施方式

本說明書中公開的所有特征,或公開的所有方法或過程中的步驟,除了互相排斥的特征和/或步驟以外,均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征,除非特別敘述,均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即,除非特別敘述,每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。

實(shí)施例

一種軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器,其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示,包括具有用于容納鋼球的鋼殼1,所述鋼殼1的軸心設(shè)置有葉輪輪轂2,葉輪輪轂2上設(shè)置有葉輪3,鋼球4裝填在鋼殼1內(nèi),所述鋼殼1的側(cè)端為用戶連接端,葉輪輪轂2用于與電機(jī)連接;裝填在鋼殼1內(nèi)的鋼球總數(shù)量Z與聯(lián)軸器具有以下關(guān)系:

<mrow> <mi>Z</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>4</mn> <msub> <mi>KT</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mn>9</mn> <mo>&times;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mn>5</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&mu;D</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>m</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

式中,K為聯(lián)軸器安全系數(shù);Tj為所裝載電機(jī)的理論扭矩kN.m,P為電機(jī)功率KW,n為電機(jī)工作轉(zhuǎn)速rpm;μ為鋼球與鋼殼的摩擦系數(shù);D0為鋼殼的內(nèi)徑mm;D1為鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑mm,d0為鋼球的直徑mm,b為葉輪寬度mm;m為每粒鋼球的重量kg。

進(jìn)一步的,所述鋼球的直徑為2.0mm-6.0mm。

進(jìn)一步的,所述葉輪3上設(shè)置有加強(qiáng)筋5,該加強(qiáng)筋5位于葉輪3寬度的中部,且沿葉輪輪轂2的圓周將相鄰葉輪3進(jìn)行連接,如圖2所示。

本發(fā)明實(shí)施例的一種軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法,包括以下步驟:

S1、確定該聯(lián)軸器的原動(dòng)機(jī)扭矩;

S2、確定聯(lián)軸器安全系數(shù)(該安全系數(shù)一般根據(jù)用戶需求確定),選取鋼球直徑d0規(guī)格,根據(jù)原動(dòng)機(jī)對(duì)聯(lián)軸器鋼殼內(nèi)徑D0、葉輪輪轂外圓直徑D3、葉輪寬度b進(jìn)行初步設(shè)計(jì),并預(yù)估填充鋼球總質(zhì)量G或者鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑D1;該步驟中,原動(dòng)機(jī)一般為電機(jī),根據(jù)原動(dòng)機(jī)規(guī)格對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行相關(guān)初步不設(shè)計(jì)時(shí),一般是根據(jù)電機(jī)輸出軸的長(zhǎng)度軸徑等條件進(jìn)行選取,或者依據(jù)與聯(lián)軸器用戶端連接的彈性鍵規(guī)格為設(shè)計(jì)依據(jù)。

S3、校核鋼球與聯(lián)軸器鋼殼體積關(guān)系;

S4、校核扭矩;

S5、在S3和S4步驟中,如校核不滿足要求,則相應(yīng)調(diào)整聯(lián)軸器鋼殼內(nèi)徑D0、葉輪輪轂外圓直徑D3、葉輪寬度b,或相應(yīng)調(diào)整鋼球總質(zhì)量G或者鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑D1,重復(fù)S3和S4步驟至滿足要求;

其中,在S3和S4的校核過程中,按照下式進(jìn)行:

鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓的直徑

鋼球體質(zhì)心圓的內(nèi)徑且D2>D3

摩擦力可傳遞的扭矩理論扭矩

安全系數(shù)

式中,D0為聯(lián)軸器鋼殼內(nèi)徑mm,Z為鋼球的總數(shù)量,d0為每粒鋼球直徑mm,b為葉輪寬度mm,D3為葉輪輪轂外圓直徑mm,G為鋼球總質(zhì)量Kg,μ為鋼球與鋼殼的摩擦系數(shù),P為電機(jī)功率KW,n為電機(jī)工作轉(zhuǎn)速rpm。

進(jìn)一步的,在設(shè)計(jì)中鋼球的直徑為選取范圍為2.0mm-6.0mm。。

1、具體規(guī)格實(shí)施計(jì)算示例

以功率為P kw,轉(zhuǎn)速為n rpm規(guī)格電機(jī)為原動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器為例,聯(lián)軸器具有以下參數(shù):

設(shè)計(jì)的計(jì)算體系:

每粒鋼球重量:

每粒鋼球的容積:V1=d03(在鋼球直徑選取范圍內(nèi),容積近似為立方體)

鋼球的總數(shù)量:

一半總鋼球數(shù)量的容積:

鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓直徑:

鋼球體質(zhì)心圓的內(nèi)徑:

理論計(jì)算扭矩:

重量產(chǎn)生的壓緊力:

摩擦力可傳遞的扭矩:Tμ=FμR0

安全系數(shù):

2、聯(lián)軸器的規(guī)格示例

一種功率為55KW,工作轉(zhuǎn)速為1500rpm規(guī)格電機(jī)為驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì),通過本發(fā)明結(jié)構(gòu)計(jì)算方法得到的聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)參數(shù):

扭矩傳遞的計(jì)算和校核

每粒鋼球重量:

每粒鋼球的容積:V1=d03=15.625mm3

鋼球的總數(shù)量:

一半總鋼球量的容積:

鋼球質(zhì)心體產(chǎn)生質(zhì)心圓直徑:

鋼球體質(zhì)心圓的內(nèi)徑:因?yàn)椋篋2>D3(D3=110),所以鋼殼可以容下鋼球。

理論計(jì)算扭矩:

重量產(chǎn)生的壓緊力:

摩擦力可傳遞的扭矩:Tμ=FμR0=0.5kN.m

安全系數(shù):

因此,該聯(lián)軸器傳遞扭矩是安全的。

3、其他規(guī)格的聯(lián)軸器

通過上面相同的設(shè)計(jì)方式,對(duì)其他規(guī)格電機(jī)下的聯(lián)軸器進(jìn)行設(shè)計(jì),如下表所示:

從上表可以看出,該設(shè)計(jì)下方法所得到的聯(lián)軸器是安全的,鋼球在殼體內(nèi)的布置是合理的。

4、安全聯(lián)軸器的工業(yè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

對(duì)本發(fā)明方法下設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器進(jìn)行工作性能研究,能否起到軟啟動(dòng)的工作原理,檢驗(yàn)其在工作過程中,不同轉(zhuǎn)速與扭矩關(guān)系,檢驗(yàn)聯(lián)軸器過載保護(hù)的功能。

實(shí)驗(yàn)原理

對(duì)各功率規(guī)格的聯(lián)軸器進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)采用設(shè)計(jì)功率的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源進(jìn)行,電動(dòng)機(jī)通過變頻器精確調(diào)控,并采用扭力傳感器測(cè)量輸入輸出功率、轉(zhuǎn)速和扭矩,并用發(fā)電機(jī)進(jìn)行電阻加載(機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能)。

實(shí)驗(yàn)過程中,通過對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行逐漸加載(增加電阻容量),實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速由變頻控制器(由低到高)不斷提高,輸入和輸出轉(zhuǎn)速、功率計(jì)扭矩由電子顯示器讀取。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)表明,該結(jié)構(gòu)計(jì)算方法下得到的聯(lián)軸器,輸入轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速接近一致,聯(lián)軸器表明無溫度差;輸出扭矩和理論計(jì)算扭矩非常接近;隨著轉(zhuǎn)速的增加,輸出扭矩也不斷增大,符合軟驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器的工作原理:隨著轉(zhuǎn)速的增加,鋼砂所產(chǎn)生的摩擦力也不斷增加,扭矩不斷增加,鋼砂和鋼殼內(nèi)壁產(chǎn)生靜摩擦力,聯(lián)軸器表明不會(huì)產(chǎn)生熱量。

試驗(yàn)中,隨著負(fù)荷的不斷增加,輸入轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速明顯不同步,數(shù)據(jù)失真,聯(lián)軸器表明溫度升高(鋼球與內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦),原動(dòng)機(jī)自動(dòng)斷電,表明能達(dá)到該設(shè)計(jì)下的聯(lián)軸器能達(dá)到過載保護(hù)的目的。

本發(fā)明設(shè)計(jì)下的聯(lián)軸器,相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)工藝,本設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器的工作效率更高。

本安全聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)中,在2-6mm的不同鋼砂的直徑下,通過該設(shè)計(jì)過程結(jié)果也滿足要求。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)表明:在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),鋼砂直徑選取與扭矩傳遞的關(guān)系不大。其余的在2.0-6.0mm鋼砂直徑下,該方法在計(jì)算設(shè)計(jì)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果中顯示出一致性。

因此,該發(fā)明提供了一種準(zhǔn)確且效果顯著的軟啟動(dòng)鋼球式安全聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合,以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。

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