专利名称：钢球安全联轴器设计方法
技术领域：
本发明公布的是一种用于冶金、矿山、船舶、造纸和重型机械等行业的机械传动部分轴与轴之间的连接，起传递扭矩的作用的钢球式安全联轴器产品的科学设计，属于设计 钢球式安全联轴器钢球容腔、截面形状、尺寸、钢球数量等系统的制造领域。
背景技术：
钢球式安全联轴器利用高速旋转的钢球产生的离心力，进而对联轴器壳体产生摩 擦力从而传递扭矩，所传递的扭矩随转速的提高而增大。所以，它具有实现软起动的特点， 并且可以实现自动过载安全保护，当载荷恢复正常后自动恢复传动。由于钢球联轴器的启 动特性与各零件的形状尺寸、钢球数量等息息相关，其计算原理有较高的复杂性。以往，在 产品设计制造时，对钢球的容腔、截面形状、制造尺寸和钢球数量只能通过手工、计算器等 计算，计算精度低，而且效率低，使得制造出来的钢球式安全联轴器难以满足产品的精确传 递扭矩和保护扭矩等性能。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种钢球式安全联轴器的辅助设计方法，改变由 于钢球的设置和相关制造尺寸的不当，使联轴器的传递扭矩，软启动和自动过载安全保护 作用得不到有效发挥的状况，通过借助计算机的应用，快速准确地设计计算钢球式安全联 轴器各制造参数，达到产品性能指标的最佳值。技术方案本发明为用MATHCAD软件设计的一套方法，同时借助AUTOCAD制图软件 辅助设计，具体步骤如下1.)设计输入条件a.根据设计输入要求的功率和转速，确定规格号和外形尺寸，b.设计转子容腔尺寸，c.估算钢球的有效内径；2.)按比例绘制图纸d.通过AUTOCAD按1 1的比例绘制图形，e.用AUTOCAD插件计算容腔截面积和形心半径，3.)用MATHCAD程序计算校核f.把容腔截面积和形心半径输入到MATHCAD程序，g.其余各参数输入到MATHCAD程序，h. MATHCAD程序自动计算现参数下的传递功率或保护扭矩和钢球重量；计算过程如下①计算形心线速度ν = 2 π *转速*形心半径/60，单位m/s ；②计算单腔容积Q =单腔截面积*容腔长度*10_9，单位m3 ；③计算钢球总重量G =计算单腔容积Q*腔数*填充率*7. 85*103，单位kg ；
④计算离心力F1 =计算钢球总重量G* (形心线速度v)2/形心半径，单位，N ；⑤计算摩擦力F2 =离心力F1*动摩擦系数；⑥计算扭矩T =摩擦力F2*内腔半径；⑦计算功率P =扭矩T*转速/9550。i.对比用户要求的传递功率或保护扭矩，若满足要求，则按现参数定稿，完成设计 过程；j.若误差大于1%，则回到步骤c，修正钢球的有效内径，必要时修改容腔尺寸，再 次计算传递功率或保护扭矩和钢球重量；4.)反复修正，直至计算的传递功率或保护扭矩略大于要求的传递功率或保护扭 矩，同时得出需要填入钢球的重量。有益效果本发明通过MATHCAD辅助计算程序，并以AUTOCAD软件辅助设计，可以 快速精确地设计联轴器的形状尺寸参数，计算出安全联轴器需要填入钢球的重量和传递功 率或保护扭矩，充分发挥计算机的辅助设计功能，提高设计效率和设计精度，实现安全联轴 器传递功率和保护扭矩的精确控制。
图1是在AUTOCAD界面中计算容腔截面积和形心半径的截图。图2是整个设计计算校验过程流程图。
具体实施例方式本发明为用MATHCAD软件设计的一套辅助计算程序，同时借助AUTOCAD制图软件 辅助设计。1.设计输入条件1. 1根据设计输入要求的功率和转速，确定规格号和外形尺寸，1.2初设转子容腔尺寸，1. 3估算钢球的有效内径；2.按比例绘制图纸2. 1通过AUTOCAD按1 1的比例绘制图形，2. 2用AUTOCAD插件自动计算容腔截面积和形心半径；3.用MATHCAD程序自动计算传递功率或保护扭矩和钢球重量3. 1把容腔截面积和形心半径输入MATHCAD程序，3. 2其余各参数输入到MATHCAD计算程序，3. 3MATHCAD程序自动计算现参数下的传递功率或保护扭矩和钢球重量，3. 4对比用户要求的传递功率或保护扭矩，若满足要求，则按现参数定稿，完成设 计过程，3. 5若误差大于1%，则回到本技术方案1. 3条，修正钢球的有效内径，必要时修改 容腔尺寸，再次计算传递功率或保护扭矩和钢球重量；4.反复修正，直至计算的传递功率或保护扭矩略大于要求的传递功率或保护扭 矩，同时得出需要填入钢球的重量。
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用本发明所涉及的辅助设计程序，设计计算快捷，精确度高。下面以一种规格的钢球安全联轴器为例，说明本发明涉及的程序、方法和步骤。例要求传递功率为4. 5KW，转速为1500r/min。1.设计输入条件1. 1查《JB/T 5987-1992钢球式节能安全联轴器》，确定联轴器规格号为4号；1. 2根据标准尺寸设计转子容腔尺寸，壳体内径128mm，容腔长度112mm ；1. 3估算钢球有效内径约55mm。2.按比例绘制图纸，见图12. 1通过AUTOCAD按1 1的比例绘制图形；2. 2用AUTOCAD插件自动计算得知容腔截面积d = 678. 7mm2和形心半径r = 55. 9mm。3.用辅助设计程序自动计算，见图23. 2把步骤2. 2所得的容腔截面积和形心半径输入专用程序；3. 3把功率、转速、钢球填充率、摩擦系数等参数输入到辅助计算程序，辅助设计程 序自动计算；计算程序计算过程如下①计算形心线速度v = 2 Ji *转速*形心半径/60，单位m/s ；②计算单腔容积Q =单腔截面积*容腔长度*10_9，单位m3 ；③计算钢球总重量G =计算单腔容积Q*腔数*填充率*7. 85*103，单位kg ；④计算离心力F1 =计算钢球总重量G* (形心线速度v)2/形心半径，单位，N ；⑤计算摩擦力F2 =离心力F1*动摩擦系数；⑥计算扭矩T =摩擦力F2*内腔半径；⑦计算功率P =扭矩T*转速/9550。3.4辅助设计程序自动计算现参数下的传递功率为4.542KW和钢球重量 2. 184kg ；3. 5对比用户要求的传递功率4. 5KW，误差率为0. 94%，满足要求，完成设计过程。4.若误差大于1%，则回到本技术方案1. 3条，修正钢球的有效内径，必要时修改 容腔尺寸，再次利用辅助设计程序，自动计算传递功率或保护扭矩和钢球重量，反复修正， 直至满足要求。要求功率形心半径单腔截面积内腔半径转速形心线速度腔数容腔长度填充率单腔容积Q
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Ps = 4. 5KW r = 0. 0559m d = 678. 7mm2 ff = 0. 064m n = 1500rpm
v :11.2.71^ = 8- 781 m/s 60
a = 6 b = 112mm f = 0. 61
=d' 1000000000 = 7.60]X 10—5旧
钢球总重量I = 7. 85 · Q · a · f · 1000 = 2. 184kg离心力F1 := ]■〒=3. 012 χ ο3 N摩擦力F2 := Fl · 0. 15 = 451. 845N扭矩TT = F2 · W = 28. 918Nm功率pTT. i = 4. 542 KW误差率ξ := (Ρ Ps) = 0. 009权利要求
一种钢球安全联轴器的辅助设计方法，其特征在于该方法自动计算传递的功率、扭矩和钢球重量，具体方法为1.)设计输入条件a.根据设计输入要求的功率和转速，确定规格号和外形尺寸，b.设计转子容腔尺寸，c.估算钢球的有效内径；2.)按比例绘制图纸d.通过AUTOCAD按1∶1的比例绘制图形，e.用AUTOCAD插件计算容腔截面积和形心半径，3.)用MATHCAD程序计算校核f.把容腔截面积和形心半径输入到MATHCAD程序，g.其余各参数输入到MATHCAD程序，h.MATHCAD程序自动计算现参数下的传递功率或保护扭矩和钢球重量；计算过程如下①计算形心线速度v＝2π*转速*形心半径/60，单位m/s；②计算单腔容积Q＝单腔截面积*容腔长度*10-9，单位m3；③计算钢球总重量G＝计算单腔容积Q*腔数*填充率*7.85*103，单位kg；④计算离心力F1＝计算钢球总重量G*(形心线速度v)2/形心半径，单位，N；⑤计算摩擦力F2＝离心力F1*动摩擦系数；⑥计算扭矩T＝摩擦力F2*内腔半径；⑦计算功率P＝扭矩T*转速/9550。i.对比用户要求的传递功率或保护扭矩，若满足要求，则按现参数定稿，完成设计过程；j.若误差大于1％，则回到步骤c，修正钢球的有效内径，必要时修改容腔尺寸，再次计算传递功率或保护扭矩和钢球重量；4.)反复修正，直至计算的传递功率或保护扭矩略大于要求的传递功率或保护扭矩，同时得出需要填入钢球的重量。
全文摘要
本发明公布的是一种用于机械传动部分轴与轴之间的连接，起传递扭矩的作用的钢球安全联轴器设计方法，属于计算联轴器钢球容腔形状尺寸、钢球数量等的制造领域。该方法先根据电机的功率和转速确定安全联轴器的规格号，确定外形尺寸和转子容腔的尺寸，估算钢球的有效内径；用AUTOCAD绘制图形，自动计算容腔截面积和形心半径；把各参数输入到MATHCAD程序，程序通过一系列的公式计算，得出传递功率或保护扭矩；对比输入要求，修正钢球的有效内径，再次计算传递功率。反复修正，最终得出需要填入钢球的重量。用本发明所涉及的辅助设计程序，设计计算快捷，精确度高，能实现安全联轴器传递功率和保护扭矩的精确控制。
文档编号G06F17/50GK101872371SQ20101016219
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者钟雷, 陈雨民 申请人:镇江市华阳机电制造有限公司