扭矩限制器，保持重型设备的过载

Andrew Lechner，扭矩限制器产品经理R + W Americal

在为高马力驱动器设计机械扭矩限制器时需要一种不同的方法。

机械扭矩限制器设计的基本原则类似于那些已知的，自从第一批机器被建造，但它仍然是一个动态领域。功能、空间限制、安全考虑和不断变化的机械设计驱动着这些组件的发展。

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通常，安全元件扭矩限制器作为预设和自包含的封装供应，用于整合到正时链轮，滑轮和载体轴中，如这里所示。

特别是，高马力驱动器通常要求从不同的角度接近机械设计。随着电动机，齿轮箱和机器的尺寸增加，功率密度可以从一个传动系统的组件到接下来的电动密度不成比例，强调需要更坚固，坚固且紧凑的设备。例如，包装和光制造自动化行业中使用的精密机械部件可能不可缩放，因此驱动要求达到数千马力的速度迅速超出。

在现代扭矩过载释放装置的设计中看到这种差异，其中大部分具有扭矩释放值，对于需要操作和断开在10knm之外的扭矩水平的重型设备上使用的扭矩释放值，例如大型回收设备，燃气轮机，风车。试验台和工业破碎机。较小的扭矩限制器的市场需求可能更大，虽然较小的扭矩限制器可能更大，但重型器件的可用性是质量，惯性和破坏性的高功率机械增加。

不成比例的规模增加一个例外，也许是最古老，最初的扭矩过载释放装置的形式;剪切销耦合。在这种情况下，一个或多个销钉将具有已知屈服强度的两个旋转体连接在旋转轴的中心处的预定半径处。在一些扭矩水平附近计算的最大值附近，销将断开驱动和从动轴的完全分离并且不能传递过大的扭矩。

剪刀有几个世纪以来保护的旋转设备，但它们缺乏准确性，并且在过载后可能需要花费很多时间。为了最大限度地提高工厂正常运行时间，提高释放扭矩的准确性，供应商开发了各种扭矩过载释放装置，具有整体轴承和简单的机械复位特征。为高马力重新配置了有限数量的这些扭矩过载释放装置。

弹簧张紧扭矩限制器
第一个广泛使用的现代过载释放装置出现在20世纪30年代，用于钢铁工业，在那里停机时间可能是昂贵的，并且更换剪切销费时和危险。这些参数导致了弹簧张紧式扭矩限制器的发展，它使用相同的基本原理，即在特定的中心距离设置释放力。

在弹簧张紧的扭矩限制器中，滚珠或滚子轴承精确地装载到加工成输出法兰的棘爪中，该输出法兰将在预定的扭矩水平上快速且准确地断开。根据尺寸考虑和轴的旋转速度，这种类型的扭矩限制器将在过载过程中和过载后棘轮或自由轮。

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一种稍微复杂一点的扭矩限制器形式是球挡设计。超载释放后，它会迅速重新启动。

通常，通过转动单个螺钉或扳手螺母，可以调整这些过载释放设备的扭矩。它们的棘轮功能代表过载的非常快速，方便的恢复方法，因为在清除堵塞后，所有所需的都需要的是轴的低速操作或手动返回驱动。自初始开发以来，已经引入了数百个“滚珠制动”和“棘爪式”机械扭矩限制器，具有多种适应性，用于高速，高精度，重量轻，自由空间。

较高的马力需求
但是，然而，方便，这些扭矩限制器设计倾向于在扭矩水平下脱落，任何大于几千个中音计。基本问题是，过载断裂装置几乎完全依赖于扭矩作为电力可测量的组件。

高马力驱动系统的实际实施通常涉及轴的旋转速度的慢稳定增加，其中瞬时加速所需的扭矩将是压倒性的。因此，驱动轴和齿轮箱通常不需要处理与快速加速和载荷惯量的快速加速和减速相关的严重峰值扭矩，如较轻的制造系统中所示。结果，在纯扭矩容量方面，它们往往不会像比例尺寸增加一样大。这种情况对机械过载器件构成了扭矩密度问题。

超过10个KNM常见的过载释放设计在外径变得不切实际;主要限制因子是弹簧组用于将组件加载在一起。由于工业齿轮箱，电动机和泵的直径往往比这些类型的扭矩限制器的速度较慢地生长，因为电力增加，传统的单弹簧形式拟合扭矩限制器根本没有意义，并且将塔在旨在保护的设备上。显然，必须解决扭矩限制器设计的杠杆臂组件。简单的答案是基本上增加了将各个传输元件加载到输出中的力。

对于超过10kNM的扭矩，有两个广泛接受的方法来过载装置，这两者都试图在减小的杠杆臂上增加力。一个是一种紧凑，简单的设计，涉及施加在两个自由纺纱表面之间的液压。另一个基于改进的弹簧张紧装置，类似于先前解决的装置。每个都具有它们的优点，具体取决于所需的结果。

液压版本
液压扭矩限制器基本上在两种自由纺纱表面之间施加液压。一个或多个腔室用手膨胀到所需的压力水平，计算为释放扭矩的函数并基于制造商文件中提供的图表。特殊流体在各种操作条件下保证了恒定的摩擦系数。这些腔室让您在非常小的表面积上涂抹高水平的力。当达到所需的释放扭矩时，输出将开始抵靠输入，使液压阀剪切，吹扫流体并完全释放扭矩限制器的输入和输出部件。通过一体的轴承，负载惯性沿着挡块的惯性沿着对机器部件或扭矩限制器本身的进一步损坏。重新连接涉及更换阀门，重新填充腔室并重置压力。

剪切销耦合是一种扭矩过载释放装置的基本形式。它将具有已知屈服强度的两个旋转体连接，该屈服强度位于从旋转轴的中心的预定半径处。它将在特定的扭矩水平处破裂并分离驱动和从动轴，以便不传递过大的扭矩。剪刀的问题是它们缺乏准确性，花时间修复。

与剪刀相比，液压扭矩限制器可让您保持对脱离扭矩设置的严格控制，这可能与剪刀不可预测。否则它们代表了一个紧凑的选择，可以在极高的扭矩值下进行精确的扭矩过载释放，处理多达10,000个KNM。他们不提供的是从过载事件中恢复所需的时间。

改进的弹簧张紧装置
为了使工厂的正常运行时间最大化，一种稍微复杂一点的球阻设计形式仍然可以在超载释放后提供最快的重新接合方式。几十年前，扭矩限制器制造商开发了基于柱塞设计的独立切向力模块。通过使用一个或多个单独的弹簧张紧元件，可以承受非常大的切向力，解决了与传统球阻扭矩限制器相关的扭矩密度问题。

弹簧张紧扭矩限制器包含球形或滚柱轴承，该球或滚柱轴承精确地装入加工成输出法兰的棘爪，该输出法兰将在预定的扭矩水平上快速且准确地分解。这种类型的扭矩限制器将在过载过程中棘轮或自由轮。

由于单个扭矩传递元件提供了它们自己的弹簧张力回挡，因此使用了一组小块，在足够的切向力驱动系统后，迫使它们向外，为柱塞核心缩回外壳扫清道路。其结果是一个“快速动作”，导致柱塞在过载几毫秒内迅速缩回外壳。再次，一个整体轴承使负载惯性海岸到停止，而不进一步损害机器组件或扭矩限制器本身。

这种设计的关键优势是将各个元件快速重新加载到输出法兰中，通过从撬杆的槌或轻度压力吹来的温和吹。一旦扭矩限制器的驱动和驱动部件被旋转回到必要的方向，就可以快速且容易地进行重新接合。根据实际考虑，您可以使用气动驱动系统自动化重新参与，尽管未来的设计可能包含更广泛的应用，自包含和完全机械复位功能。

与传统ball-detent扭矩限制器、弹簧张力通过旋转调节螺母,只有在这种情况下,元素分别调整到所需的切向力值,和一个力矩计算是基于元素的数量和他们的旋转中心轴的距离。虽然早期设计的安全元件扭矩限制器涉及到特殊的数据表，与弹簧高度测量相结合，但越来越多的制造商用标记的刻度显示正确的螺母位置。您可以通过添加或移除安全元件进行粗略的调整，这是更合理的扭矩限制器设计，最大数量的插座预先加工到基础元件，并安装简单的盖子，以防止污染。这种调整的能力意味着，在扭矩需求严重计算错误的情况下，您不需要将扭矩限制器送回制造商进行重建。

由于模块化设计，安全元件型扭矩限制器可以用于几乎任何扭矩释放值，这取决于所使用的元件的尺寸和数量，并受相邻设备允许的最大直径的限制。由于这个原因，单个安全元件通常用于现有的机械设计或定制耦合系统，包括一些用于线性力限制。
在大多数情况下，安全元件扭矩限制器作为预设和自包含的封装供应，以集成到时序链轮，滑轮和载体轴中。一些制造商为它们提供完全集成的灵活安全联轴器，如钳口，齿轮和圆盘包类型，以命名几个。自定义选项通常包括特殊材料，整体制动盘，高温毡密封，并添加轴承支撑。与任何设计领域一样，制造商被驱动以提高可靠性和易用性，同时降低安装的重量和空间要求。

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