УПРУГАЯ МУФТА Российский патент 1994 года по МПК F16D3/80 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах и машинах, подверженных действию динамических нагрузок.

Известна упругая муфта "Карделис" фирмы "Гохройтер Баум" (ФРГ), которая состоит из ведущей и ведомой полумуфт, соединенных упругими элементами, выполненными в виде винтовых пружин.

Известная муфта имеет жесткостную характеристику, близкую к линейной, что существенно уменьшает ее демпфирующую способность и снижает долговечность приводных механизмов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной упругой муфте является муфта, которая состоит из полумуфт, выполненных в виде пластин и установленных между пластинами гидроцилиндров, цилиндры которых закреплены на одной пластине, а штоки закреплены на другой пластине с помощью шарниров, оси которых параллельны оси муфты, гидроцилиндры гидравлически связаны рабочими полостями между собой и с устройством для обеспечения упругости гидравлической цепи.

Существенным недостатком конструкции известной муфты является то, что в ней не предусмотрено управление жесткостной характеристикой. Это исключает возможность обеспечивать достаточную податливость муфты в широком диапазоне нагрузок, что значительно снижает ее демпфирующую способность.

Целью изобретения является повышение долговечности приводных механизмов за счет увеличения податливости муфты в широком диапазоне нагрузок.

Использование предложенной конструкции упругой муфты позволяет увеличить ресурс и повысить надежность технологического оборудования и получить за счет этого экономию в народном хозяйстве.

Это достигается тем, что в упругой муфте, содержащей ведущую и ведомую полумуфты и группу гидрцоилиндров для соединения полумуфт, цилиндры которых связаны с одной полумуфтой, а штоки связаны с другой полумуфтой посредством шарниров, оси которых параллельны оси муфты, цилиндры гидравлически связаны рабочими полостями между собой и с устройством для обеспечения упругости гидравлической цепи, устройство для обеспечения упругости гидравлической цепи выполнено управляемым в виде группы гидроцилиндров, имеющих упругие элементы для прижатия поршней к рабочей жидкости и гидравлически связанных рабочими полостями с гидроцилиндрами для соединения полумуфт и с источником регулируемого давления, а гидроцилиндры для соединения полумуфт снабжены упругими ограничителями.

Выполнение устройства для обеспечения упругости гидравлической цепи управляемым в виде группы гидроцилиндров, имеющих упругие элементы для прижатия поршней к рабочей жидкости и гидравлически связанных рабочими полостями с гидроцилиндрами для соединения полумуфт и с источником регулируемого давления дает возможность обеспечить достаточную податливость муфты в определенном (рабочем) диапазоне нагрузок и за счет повышения или снижения давления в гидросистеме смещать рабочий диапазон нагрузок в сторону больших или меньших значений.

Установка в гидроцилиндрах для соединения полумуфт упругих ограничителей дает возможность гасить непредвиденные ударные нагрузки и уменьшать динамические нагрузки при переходных процессах.

На фиг. 1 показана упругая муфта, разрез; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 4 - график зависимости вращающего момента муфты в функции угла поворота ведущей полумуфты относительно ведомой.

Упругая муфта содержит ведущую 1 и ведомую 2 полумуфты, гидроцилиндры 3 и 4. Штоки 5 гидроцилиндров 3 шарнирно связаны с ведущей полумуфтой 1, а цилиндры 6 шарнирно связаны с ведомой полумуфтой 2. Гидроцилиндры 3 снабжены упругими ограничителями 7 и 8 для предотвращения жестких ударов поршней 9 о цилиндры 6. Гидроцилиндры 4 жестко связаны с ведомой полумуфтой 2. Между поршнями 10 и крышками 11 гидроцилиндров 4 установлены упругие элементы 12. Рабочие полости гидроцилиндров 3 и 4 соединены между собой трубопроводами 13. Кроме того, рабочие полости гидроцилиндров 4 посредством каналов 14 в полумуфте 2 и каналов 15 в валу 16 соединены между собой и с источником регулируемого давления.

Зависимость вращающего момента Т в функции углового смещения полумуфт ϕ(нагрузочная характеристика муфты) при определенном начальном давлении в гидросистеме Р_о показана на графике (фиг. 4) кривой 0-1-2-3. Жесткость муфты определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой Т = Т(ϕ) к оси Оϕ . На участках кривой 0-1 и 2-3, для которых характерно взаимодействие поршней гидроцилиндров для передачи вращающего момента с упругими упорами, жесткость муфты значительно больше по сравнению с жесткостью на рабочем участке 1-2.

Вращающий момент на рабочем участке нагрузочной характеристики определяется выражением
Т = Т₁ + С ( ϕ- ϕ₁), (1) где Т₁ - значение вращающего момента в начальной точке рабочего участка ( ϕ= ϕ₁); С - жесткость муфты; ϕ₁ и ϕ- начальное для рабочего участка и текущее значения углового смещения полумуфт.

Жесткость муфты на рабочем участке нагрузочной характеристики находим по формул
C= c₂ (2) где n₁ и n₂ - число гидроцилиндров 3, предназначенных для передачи вращающего момента и гидроцилиндров 4, образующих упругий резервуар; r₁и r₂ - радиусы цилиндров 3 и 4 соответственно; R - расстояние от оси муфты до осей гидроцилиндров 3; С₂ - жесткость пружины для прижатия поршня гидроцилиндра 4 к рабочей жидкости.

Значение вращающего момента в начальной точке рабочего участка нагрузочной характеристики равно
T₁ = P₁n₁A₁R, (3) здесь А₁ - площадь поперечного сечения гидроцилиндра 3; Р₁ - давление в гидросистеме при ϕ= ϕ₁,
P₁= P1+ (4) причем Р_о - начальное (при ϕ= 0) давление в гидросистеме; С₁ - жесткость упругого ограничителя, установленного в гидроцилиндре 3.

Поскольку обычно С₁ >> С₂, то, как следует из зависимости (4), Р₁≈Р_о.

Подставляя (4) в (3), получают
T₁= P₀n₁A₁R1+ (5)
Из выражения (5) видно, что значение вращающего момента в начальной точке рабочего участка нагрузочной характеристики муфты определяется давлением рабочей жидкости Р_о, создаваемым при отсутствии нагрузок на муфту.

Так как расстояние от оси муфты до осей гидроцилиндров 3 в процессе работы муфты изменяется незначительно, то жесткость муфты в пределах рабочего участка нагрузочной характеристики согласно (2) практически постоянна. Ее значение не зависит от давления рабочей жидкости в гидросистеме.

Диапазон углового смещения полумуфты на рабочем участке нагрузочной характеристики ϕ₁. . . ϕ₂ определяется ходом гидроцилиндров 3 и расстоянием от оси муфты до осей указанных гидроцилиндров R. Соответствующий диапазон изменения вращающего момента находится согласно (1) в пределах Т₁. . . Т₂ = Т₁ + С x (ϕ₂ -ϕ₁). Ширина этого диапазона ΔТ = Т₂ - Т₁ = С (ϕ₂-ϕ₁) определяется жесткостью муфты и диапазоном углового смещения полумуфт и не зависит от давления в гидросистеме при разгруженной муфте Р_о.

Таким образом, рабочие участки нагрузочной характеристики, соответствующие различным значениям давления Р_о, изображаются на графике Т = Т(ϕ) эквидистантными кривыми. Пунктирными линиями на фиг. 4 изображены нагрузочные характеристики 0-1^'-2^'-3 и 0-1"-2"-3, которые можно получить в результате уменьшения или увеличения давления в гидросистеме соответственно. При этом жесткость муфты и ширина диапазона вращающего момента на рабочем участке нагрузочной характеристики остаются неизменными.

Упругая муфта работает следующим образом.

Перед включением муфты в работу от источника регулируемого давления по каналам 15 в валу 16 и 14 в полумуфте 2 подается рабочая жидкость в гидроцилиндры 4. Одновременно через трубопроводы 13 жидкость проходит в гидроцилиндры 3. Так как жидкость с определенным давлением воздействует на поршни 10 гидроцилиндров 4, то при этом частично деформируются упругие элементы 12. В результате воздействия рабочей жидкости на поршни 9 они отталкиваются в крайние положения и опираются на упругие ограничители 7. Источник регулируемого давления отключается.

Под действием вращающего момента ведущая полумуфта 1 посредством гидроцилиндров 3 воздействует на ведомую полумуфту 2 и поворачивается относительно нее на определенный угол, соответствующий рабочему участку нагрузочной характеристики муфты. Нагрузочная характеристика муфты представлена на фиг. 4 кривой 0-1-2-3, а ее рабочий участок - отрезком 1-2. При этом рабочая жидкость перекачивается из гидроцилиндров 3 через трубопроводы 13 в гидроцилиндры 4 и, воздействуя на поршни 10, дополнительно деформирует упругие элементы 12. Давление в гидросистеме увеличивается. Если вращающий момент уменьшается, то под давлением рабочей жидкости на поршни 9 гидроцилиндров 3 ведущая полумуфта 1 поворачивается относительно ведомой полумуфты 2 в противоположную сторону, жидкость перекачивается из гидроцилиндров 4 в гидроцилиндры 3, упругие элементы 12 расслабляются и давление в гидросистеме уменьшается. Непрерывное изменение вращающего момента обусловливает перекачивание жидкости через трубопроводы 13, что приводит к интенсивному демпфированию механических колебаний. Упругие ограничители 7 и 8, установленные в гидроцилиндрах 3, воспринимают непредвиденные ударные нагрузки со стороны поршней 9, предотвращая поломки муфты и других элементов привода.

Поскольку на рабочем участке нагрузочной характеристики муфта имеет достаточно малую жесткость, то это дает возможность уменьшать динамические нагрузки на элементы приводных механизмов.

Для смещения рабочего участка нагрузочной характеристики в сторону меньших или больших значений вращающего момента необходимо разгрузить муфту и с помощью источника регулируемого давления создать требуемое давление в гидросистеме. Пример нагрузочной характеристики, получаемой в результате уменьшения давления в гидросистеме, представлен на фиг. 4 кривой 0-1'-2'-3, а получаемой в результате увеличения давления - 0-1"-2"-3. (56) Поляков В. С. и др. Справочник по муфтам. Машиностроение, 1979, с. 75, рис. 21.

Заявка ФРГ N 2528774, кл. F 16 D 3/02, 1976.

Использование: в машиностроении, в частности в машинах и механизмах для соединения валов. Сущность изобретения: муфта содержит одну группу гидроцилиндров, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной оси муфты, штоки шарнирно связаны с одной полумуфтой, а цилиндры шарнирно связаны с другой полумуфтой, а также другую группу гидроцилиндров, которые снабжены упругими элементами для прижатия поршней к рабочей жидкости. Гидроцилиндры первой и второй групп гидравлически связаны рабочими полостями между собой и с источником регулируемого давления. 4 ил.

УПРУГАЯ МУФТА, содержащая ведущую и ведомую полумуфты и первую группу гидроцилиндров, цилиндры которых связаны с одной полумуфтой, а штоки связаны с другой полумуфтой посредством шарниров, оси которых параллельны оси муфты, цилиндры гидравлически связаны рабочими полостями между собой и с устройством для обеспечения упругости гидравлической цепи, отличающаяся тем, что устройство для обеспечения упругости гидравлической цепи выполнено управляемым в виде второй группы гидроцилиндров, имеющих упругие элементы для прижатия поршней к рабочей жидкости и гидравлически связанных рабочими полостями с гидроцилиндрами первой группы и с источником регулируемого давления, а гидроцилиндры первой группы снабжены упругими ограничителями.