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：

$Z=\frac{4{\mathrm{KT}}_j\·9\×{10}^5}{{\mathrm{\μD}}_0{D}_{1}m{\left(\mathrm{\π}n\right)}^2};$

式中，K為聯(lián)軸器安全系數(shù)；T_j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：

$Z=\frac{4{\mathrm{KT}}_j\·9\×{10}^5}{{\mathrm{\μD}}_0{D}_{1}m{\left(\mathrm{\π}n\right)}^2};$

式中，K為聯(lián)軸器安全系數(shù)；T_j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：T_μ＝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：T_μ＝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。