专利名称：机械软启动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械式动力传动装置，尤其是对一种原动机(电动机、涡轮机、往复式发动机等，以下仅用电动机表述)与负载之间利用钢球离心体在旋转时所产生的摩擦转矩来传递功率的一种机械软启动器的结构改良。
背景技术：
本专利申请人曾于2001年申请了名为“离心式限矩型钢球联轴器”的实用新型和发明专利(专利号01209432.4，申请号01108396.4，国际申请号PCT/CN02/00160)。它主要是将星轮与电动机主轴联接，是传递功率的主动件；负载与半体、左盖、右盖、摩擦壳、压盖等相联成一体，成为钢球联轴器的被动体；钢球散体和红丹粉混合组成传动介质均布与摩擦壳和星轮叶片分割的扇形空腔内；在星轮叶片间的轴体上设有阻合器。工作时，电动机带动星轮并把传动介质抛向摩擦壳内壁和左、右盖侧面产生摩擦转矩。当其大于负载的阻转矩时，就拖动被动体旋转实现功率传递；当其小于负载的阻转矩时，就不能拖动被动体而实现电动机的空载软启动，或过载保护功能，或多机驱动协调功能。但仍存在下述缺点1.因涉及电动机和负载联接的主轴尺寸的范围大，从而其系列型谱的型号规模多达数百种，只能以销定产，单件生产销售，供货周期长，成本高，无法组织规模大生产，不适应国内外的需求，尤其制约了国际市场的开拓。2.结构长度比一般普通联轴器长，给客户已有设备技术创新改造带来了困难和不可行性。3.结构上组成尺寸链的环节多，积累误差大，造成其安装找正基准对电动机主轴中心线的同轴度误差大，传动质量下降。4.安装、拆卸时通过强制打压实施的，容易损坏联轴器或破坏柔性联接，导致传动功能失效。
本实用新型克服了现有技术的上述不足，提供一种结构合理，通用性好，适合规模生产，并能满足国内，特别是国际市场即时需求的机械软启动器。
本实用新型同时解决了现有技术所存在的适用性和可靠性欠高，传动质量欠好，装卸不甚简便等的技术问题。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的包括与原动机主轴相连的设有叶片的星轮和设于其外并与左右盖相连的摩擦壳以及置于其间的钢球离心体，星轮叶片间的轴体上设有若干个阻合器，其特征是在所述星轮轴体内设有锥孔，其上设有与之相配置的锥套；所述锥套半径上设有开口；所述锥套和设于其上的键槽与电动机主轴相配接。
在本实用新型中，为了实现了一种星轮能和多种电动机主轴径配套的目的，锥套与星轮锥孔配合的尺寸固定不变，但锥套的内孔和键槽则按电动机主轴直径加以选择。
作为优选，所述的左盖和右盖在靠近星轮轴的部分设有突起，星轮叶片为T形结构，其形状与左盖、右盖和摩擦壳所围成的腔体相适应。这样就实现了在保证有效宽度的前提下，缩短本实用新型的结构长度。
通过上述对星轮的有效直径和有效宽度两个参数进行系列优化设计，在保证匹配功率3～5600kw和输入转速500～3000r/min传动参数不变和传动介质的填充系数在允许范围的前提条件下，采用调整有效直径，压缩有效宽度的级数措施，再加上一种星轮和多种电动机主轴径配套的实现，这样就将原系列数百个型号规格压缩为本实用新型的十多个。
作为优选，所述的T形星轮叶片基部的两侧设有筋环。以加强抗弯和两侧的抗扭强度，并阻止红丹粉渗入轴承。
作为优选，所述的星轮轴体的长度与配套的电动机群中最小主轴长度之差L为20mm～60mm；且相邻两端面的安装距离为2～6毫米。本实用新型与主轴长度大的电机联接时，星轮轴端与电机主轴台肩保持一段距离。留出L的目的是当电动机或负载主轴伸入其间，且相邻两端面的安装距离为2～6毫米时，便可实现已有设备技术创新改造时与原来较短普通联轴器互换的目的。
作为优选，所述的开口为径向设置的开口，其大小为1～4毫米；并在锥套的内侧设有轴向槽体。这样就可以使锥套能够方便地固定在锥孔内。
作为优选，所述的左盖通过柱销与半体连成一体，半体外端面设有挡板并用螺栓紧固在半体上，以限制柱销外窜；所述半体设有锥孔，其上设有与之相配置的锥套；所述锥套和其上键槽与负载主轴相配接。
作为优选，所述的锥套与锥孔的界面上设有2～10个锁紧孔和1～4个拉出孔。
作为优选，所述的锁紧孔在星轮锥孔上为深长螺纹孔，在锥套轴体上为直孔；所述的拉出孔在星轮锥孔上为浅直孔，在锥套轴体上为深长的螺纹孔。
此外星轮轴体的左端与左盖间设有滚珠轴承，滚珠轴承以压盖和螺钉紧固；所述的星轮轴体的右端与右盖间设有滚针轴承，滚针轴承以挡圈限位。滚针轴承在安装时起到径向定位，轴向不定位的作用，可以方便装卸；滚珠轴承在轴向和径向都起到定位作用。由于星轮左端与轴承配合轴径和与锥套配合的锥孔，和左盖安装找正基准圆与轴孔配合孔，以及右盖轴承配合孔和与锥套配合的外圆均是在一次工艺安装中加工完成的，同轴度高；另外半体的安装找正基准圆和与锥套配合的锥孔也是在一次工艺安装中加工完成的，同轴度高，从而提高了传动系统的平稳性和可靠性，传动质量好。
在本实用新型中，与星轮和半体配套的锥套在锁紧前，其内孔与电动机或负载主轴为松动配合。当星轮或半体随锥套推入主轴上后，按规范要求的扭矩拧紧锥套上的螺钉即可实现可靠的联接，实现功率传递。拆卸时，只需拧下锁紧的螺钉，再拧入有螺纹孔的锥套内的拉出孔即可拉出锥套，松开主轴，实现简单方便的拆卸。
因此，本实用新型提出的机械软启动器具有以下优点1.实现了一种星轮能和多种电动机主轴径配套的目的，将原系列数百个型号规格压缩为本实用新型的十多个。2.产品主体可以实现规模生产，可以备有一定数量的存储，供货时，只需根据客户提供的订货数据，选择相应的锥套和阻合器，再按电脑提供的数据填充传动介质便可即时供货，大大地提高地供货时间，提高了生产效率。3.结构长度与现有设备兼容性好，有利于客户在现有设备的基础上进行的技术改造。4.传动过程平稳和可靠，传动质量好，且拆卸与安装都十分方便。
附图1是本实用新型的一种半剖的侧视图；附图2是附图1的A-A剖视图；附图3是本实用新型和电动机以及几种常见工作机的配合特性图；附图4是本实用新型和普通联轴器在启动过程的能耗对比图；附图5是本实用新型启动时其主、被动轴的接合过程。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1星轮10通过其轴孔内的锥套1与电动机联接，星轮是本实用新型的主动件。在星轮轴体左端的外圆上设有轴承4，并安装在左盖7的轴承孔内，再以压盖2和螺钉3紧固限位和密封。星轮轴体右端的外圆与轴承14配合，轴承安装在右盖12的轴承孔内，并用挡圈13限位。在星轮轴体两端与左，右盖配合的外圆上分别设计密封圈15，用以防止红丹粉渗入轴承。星轮轴体中部设有T形叶片27，其凹入的两侧设有筋环29。在星轮叶片间轴体为六方体，其上设有组合器22。在左盖，右盖之间和星轮叶片的有效直径上设有摩擦壳8，并用紧固件5、16联接一体。在左盖，右盖和摩擦盖壳围成的包容面和星轮叶片被包容面的空腔内填充有一定数量的传动介质11，另外在包容面和被包容面之间的周边设有不相接触的间隙，并借轴承4和14构成本实用新型的“柔性联接”以实现其传动功能。在摩擦壳的外围设有检测塞9，以定期随机抽查钢球磨损量和弥补填充钢球。在锥套与星轮的配合锥面扇上设有2～10个锁紧孔25和1～4个拉出孔26。在锥套半径上设有径向设置的开口28，其大小为2mm。锁紧孔25在星轮锥孔24上为长螺纹孔，在锥套锥体上则为直孔，通过拧紧锁紧孔内的内六角螺钉，将锥套压紧在星轮锥孔内，同时锥套半径上的开口28收缩，锥套和其上键槽23将电动机或负载主轴锁紧并实现功率传递。拉出孔在星轮内锥孔上为浅直孔，而在锥套外锥体上则为深长的螺纹孔，当将锁紧孔中的螺钉卸下来，再拧入拉出孔时，就将锥套拉出，同时松开与主轴的联接。以上星轮、左盖、右盖、摩擦壳、压盖、挡圈、轴承、传动介质和紧固件等一同组成本实用新型的右总成。
半体21通过锁紧锥套与负载主轴联接，半体与右总成之间通过柱销18连成一体，并借挡板19和螺栓20防止柱销轴向窜出。以上便是组成为本实用新型，其中星轮为主动件，而其余则组成被动体。
实施例2所述组合器22是对离心式限矩型钢球联轴器的组合器实施了技术改良，即将原阻合器的铁氧磁体瓦形永磁块，改为钕铁硼强磁体矩形永磁块。该磁块磁力为前者的10倍，体积小，占用空间小，并可替代原闸块式阻合器应用与2极或4极大型电动机的传动。
本实用新型在工作时，由电动机带动星轮旋转，传动介质在星轮叶片带动下受离心力和阻合器阻力双重作用下，延时并逐步分批被抛向摩擦壳内壁和左右盖侧面，并产生摩擦转矩来传递功率。当摩擦转矩MF大于负载的阻转矩ML时，便平稳可靠地拖动正在运行的负载稳态匀速运行，或启动原来静止的负载并加速至工作转速进入稳态运行工况。否则就使正在运行的负载转速下降甚至堵转(过载打滑)，或不能启动负载并保持其原来静止状态，而空载软启动电动机(启动打滑)。
以下结合附图3-5详细叙述本实用新型的各项性能。
一、空载软启动性能。实现电动机空载软启动的条件是软启动器和工作机两者的外特性图必须有交点，其对应的转速nt称负载启动临界转速。附图5为本实用新型电动机和工作机的转速-时间关系曲线图(n-t图)，曲线Ia表示电动机启动过程中转速随时间变化的关系，曲线Ib表示工作机启动过程的转速随时间变化的关系。启动时，当电动机转速nd≤nt时，MF≤ML，负载保持原有静态，而电动机则近似带星轮率先空载启动，曲线Ia的OA段平稳快速上升，至(0.85-0.9)nk。本实用新型柔性联接处打滑，且在nt时滑差最大，转速变化如曲线Ia的AB段，转速由(0.85-0.9)nk升至nk。当nd＞nt时，则MF＞ML，电动机开始拖动负载进入第二步启动阶段，其启动附加转矩MF-ML便决定了负载启动的角加速度，柔性联接处滑差减小直至完全同步，由柔性联接转为刚性联接，转速变化如曲线Ia的BC段，降至nF。而工作机在第二步启动阶段开始至刚性联接如曲线Ib的O1A1C段一直平稳上升，接着电动机和负载以共同的转速一起上升到稳定运行工况，如图5的CD段。因此，nt愈大空载软启动性能就越好。而nt的高低与启动器和工作机配合的外特性有直接影响。
附图3为转矩-转速关系曲线图(M-n图)。本实用新型若不设阻合器时，其外特性函数式MF＝f(n2)，其图形是通过笛氏坐标原点的二次抛物线OA1F。而工作机类型有离心型M1＝f(n2)，等斜率型M1＝f(n)，衡转矩型M1＝常数，衡功率型M1＝f(n-1)等。以离心式工作机为例，其外特性为一条通过笛氏坐标的纵坐标上的O2点的二次抛物线O2A1K，若本实用新型不设阻合器时，两者外特性交点为A1，该点对应的转矩ML1和nt1都很低。这样不仅电动机率先空载启动的转速梯度小，效果差，而且进入第二步拖动负载启动时，由于启动附加转矩(即MF1-ML1)很小，从而拖长负载启动过程，推迟工作机投入稳态运行。当本实用新型设置阻合器后，在启动过程中可使传动介质经受离心力和阻合器阻力的双重作用下，其外特性图形便改善为按O1BFC变化，并使交点A1提升至A2，而A2交点对应的负载启动临界转速nt2＞nt1，从而达到nt大幅度提高的空载软启动性能的好效果(参见附图3)。
附图4为本实用新型启动过程和普通联轴器启动过程电流的对比图(I-t图)。曲线I表示使用本实用新型的电流变化，曲线II表示使用普通联轴器的电流变化。曲线I中电机启动输出电流IQ在空载段急剧线性下降至0.7IQ，在柔性联接阶段先以大幅非线性下降至Ik，此时滑差最大，然后又缓慢上升；在刚性联接阶段下降至工作电流Ik。曲线II始终是缓慢下降，直至降至工作电流Ik。实验证明本实用新型启动过程的能耗仅为普通联轴器的20％～25％。
二、关于过载保护性能(参见附图3)。本实用新型与电动机配合，并使两者外特性图形的交点为F，该点介于电动机最大转矩Mm和额定转矩Mk之间，对应转速为nF，这样本实用新型既具备了对电动机过载保护性能，又能发挥其瞬时允许超载的特点。电动机在额定工况工作时，转矩Mk和转速nk，这时本实用新型具备的摩擦转矩Mc＝kMk，转矩备用系数K＞1，本实用新型呈刚性联接，能平稳可靠传递功率，保证传动速比恒定不变。当电动机输出转矩随负载阻转矩由Mk增至本实用新型过载保护的安全限矩值[MF]时，转速则由nk稍降至nF，而本实用新型的摩擦转矩则由Mc急降至[MF]，转矩储备系数降为K＝1，并在F点出现“滑差”趋势，刚性联接开始转变为柔性联接。这种过载打滑使电动机和负载脱开而不致造成过载堵转烧毁和损坏。然而，长期过载打滑会导致摩擦副发热退火失效和柔性联接破坏而最终也会烧毁电动机。为此，对于频率严重长期过载运行工况和远程自动控制场合，要设置红外线打滑检测装置加以监控，当过载打滑使工作机转速低于其工作转速10％～20％时，便输出信号，报警和停车。对于偶尔过载堵转场合，本实用新型的柱销也能防止过载打滑造成的过热，当温度升至165摄氏度时，柱销便可软化剪断而停车。
三、关于协调多机驱动负荷分配和同步传动性能。该性能实质就是空载启动和过载保护性能的延伸，只是它与电动机外特性图形交点设计在[MF]极点F的下方而已。协调性能可简单可靠地解决多点驱动的顺序启动，均衡载荷同步传动和过载保护三个难题。
权利要求1.一种机械软启动器，包括与原动机主轴相连的设有叶片的星轮和设于其外并与左右盖相连的摩擦壳以及置于其间的钢球离心体，星轮叶片间的轴体上设有若干个阻合器，其特征是在所述星轮轴体内设有锥孔(24)，其上设有与之相配置的锥套(1)；所述锥套(1)半径上设有开口(28)；所述锥套(1)和设于其上的键槽(23)与电动机主轴相配接。
2.根据权利要求1所述的机械软启动器，其特征是在所述的左盖(7)和右盖(12)在靠近星轮轴的部分设有突起，星轮叶片(27)为T形结构，其形状与左盖(7)、右盖(12)和摩擦壳(8)所围成的腔体相适应。
3.根据权利要求2所述的机械软启动器，其特征是在所述的T形星轮叶片(27)基部的两侧设有筋环(29)。
4.根据权利要求1所述的机械软启动器，其特征是在所述的星轮轴体的长度与配套的电动机群中最小主轴长度之差L为20mm～60mm；且相邻两端面的安装距离为2～6mm。
5.根据权利要求1所述的机械软启动器，其特征是在所述的开口(28)为径向设置的开口，其大小为1～4毫米，并在锥套(1)的内侧设有轴向槽体(30)。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的机械软启动器，其特征是在所述的左盖(7)通过柱销(18)与半体(21)连成一体，柱销上设有挡板(19)和螺栓(20)；所述半体(21)设有锥孔(24)，其上设有与之相配置的锥套(1)；所述锥套(1)和其上键槽(23)与负载主轴相配接。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的机械软启动器，其特征是在所述的锥套(1)与锥孔(24)的界面上设有2～10个锁紧孔(25)和1～4个拉出孔(26)。
8.根据权利要求7所述的机械软启动器，其特征是在所述的锁紧孔(25)在星轮锥孔(24)上为深长螺纹孔，在锥套(1)轴体上为直孔；所述的拉出孔(26)在星轮锥孔(24)上为浅直孔，在锥套(1)轴体上为深长的螺纹孔。
9.根据权利要求1或2或3或4或5所述的机械软启动器，其特征是在所述的星轮轴体的左端与左盖(7)间设有滚珠轴承(4)，滚珠轴承以压盖(2)和螺钉(3)紧固；所述的星轮轴体的右端与右盖(12)间设有滚针轴承(14)，滚针轴承(14)以挡圈(13)限位。
10.根据权利要求7所述的机械软启动器，其特征是在所述的星轮轴体的左端与左盖(7)间设有滚珠轴承(4)，滚珠轴承以压盖(2)和螺钉(3)紧固；所述的星轮轴体的右端与右盖(12)间设有滚针轴承(14)，滚针轴承(14)以挡圈(13)限位。
专利摘要本实用新型涉及一种对柔性机械软启动联轴器的结构改良。它主要包括与原动机主轴相连的设有叶片的星轮和设于其外并与左右盖相连的摩擦壳以及置于其间的钢球离心体，星轮叶片间的轴体上设有若干个阻合器，所述星轮轴体内设有锥孔，其上设有与之相配置的锥套；所述锥套一侧设有开口；所述锥套和设于其上的键槽与电动机主轴相配接。因此，具有结构合理，软启动性能好，结构长度与现有设备兼容性好，可以实现规模生产，传动过程平稳和可靠，传动质量好，且拆卸安装十分方便等特点。
文档编号F16D7/02GK2622468SQ0323179
公开日2004年6月30日 申请日期2003年5月29日 优先权日2003年5月29日
发明者洪中元, 洪华, 洪霞 申请人:洪中元