МУФТА Российский патент 1995 года по МПК F16D1/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи вращающего момента между соосными валами.

Известна муфта, содержащая две соосные полумуфты с встречными фланцами, стянутыми аксиально расположенными болтами (Ряховский О.А. и Иванов С.С. Справочник по муфтам. Л. Политехника, 1991, с.9, рис.1.2).

Муфта обладает низкой нагрузочной способностью.

Наиболее близкой к изобретению по совокупности признаков является муфта, содержащая две полумуфты, в гнездах, образованных полумуфтами, расположены соединительные элементы в форме цилиндров, зафиксированные от осевого смещения крышкой.

Недостаток известной муфты состоит в невысокой нагрузочной способности вследствие малой суммарной площади сдвига соединительных элементов.

Задача изобретения повышение нагрузочной способности муфты за счет увеличения суммарной площади сдвига соединительных элементов.

Это решается тем, что в муфте, содержащей две соосные полумуфты с встречными фланцами, соединительные элементы в форме цилиндров, расположенные в аксиальных гнездах, образованных полумуфтами, и средства осевой фиксации соединительных элементов, на цилиндрических поверхностях в зоне аксиальных гнезд полумуфт выполнены кольцевые канавки прямоугольного сечения, глубина которых определяется из соотношения:
b₁ где d диаметр соединительного элемента;
а ширина канавки.

На фиг.1 изображена муфта, общий вид, в продольном разрезе; на фиг.2 расчетная схема; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2.

Муфта содержит две соосные одна другой полумуфты 1 и 2 с встречными фланцами. Фланец полумуфты 1 обхватывает фланец полумуфты 2. В аксиальных гнездах (отверстиях), образованных на стыке охватывающего и охватываемого фланцев полумуфт 1 и 2, расположены соединительные элементы в виде болтов 3, зафиксированных от выпадания гайками 4.

На охватывающей (внутренней) и охватываемой (наружной) цилиндрических поверхностях фланцев полумуфт 1 и 2 выполнены в зоне аксиальных гнезд кольцевые канавки прямоугольного сечения. Канавки полумуфты 1 расположены напротив канавок полумуфты 2 и в сборе образуют замкнутые кольцевые полости (фиг.1, 2).

Муфта работает следующим образом. Передача вращающего момента от одной полумуфты к другой осуществляется посредством соединительных элементов 3, вследствие чего в сечениях последних, образованных линией разъема фланцев полумуфт 1 и 2, совпадающей с осью соединительных элементов, и контурами кольцевых канавок, возникают напряжения сдвига (среза), предельная величина которых определяет уровень нагрузочной способности муфты.

Установим величину площадей сдвига для муфты-прототипа и рассматриваемой муфты. Очевидно, что для муфты-прототипа площадь сдвига (для одного соединительного элемента) составляет:
F L˙d, (1) где L длина гнезда под соединительный элемент;
d диаметр соединительного элемента.

Для рассматриваемой муфты площадь сдвига (для одного соединительного элемента) равна:
F₁ F₂ + F₃ + F₄, (2) где F₂ площадь сдвига, расположенная по оси соединительного элемента 3;
F₃ площадь сдвига, расположенная по боковым поверхностям кольцевых канавок, перпендикулярным оси соединительного элемента;
F₄ площадь сдвига, расположенная по дну кольцевой канавки.

Поскольку конструктивное исполнение соединительных элементов и средств их фиксации в общем случае может отличаться от приведенного на фиг.1 (например, быть таким же, как у прототипа), площадь сдвига, совпадающая с торцами взаимообращенных фланцев полумуфт 1 и 2, при расчете во внимание не принимается, а расчет проводится для эквивалентных схем установки соединительных элементов.

Найдем слагаемые в формуле (2). Первое слагаемое, исходя из расчетной схемы по фиг.2, определяется по выражению:
F₂ (L a˙n) d, (3)
где а ширина кольцевой канавки;
n число кольцевых канавок на одной полумуфте.

Второе слагаемое, на основании схем по фиг.2 и фиг.3, вычисляется по формуле:
F₃ 2nF₅, (4) где F₅ площадь заштрихованного участка на фиг.3.

Из фиг.3 следует:
F₅ F₆-F_7, (5) где F₆ площадь полукруга (фиг.3);
F₇ площадь сегмента с центральным углом, равным α.

Имеем:
F₆
(6)
F₇
(7) где L^I длина дуги, стягиваемой центральным углом 2 α r d/2;
С хорда, стягивающая дугу L^I
C=2BC=
h высота сегмента:
h Из Δ ОВС находим:
α=arccos где b удвоенная глубина кольцевой канавки (фиг.2).

Третье слагаемое в равенстве (2) вычисляется по формуле:
F₄ 2a˙n˙BC, где
2BC= что следует из решения Δ ОВС. Тогда
F₄=a·n
(8)
Подставив выражения (3), (4) и (8) в равенство (2), с учетом фоpмул (5-7) получим:
F₁=(L-an)d+2n + +an
(9)
Анализ полученного выражения показывает, что данная функция имеет максимум, для нахождения которого приравняем нулю первую производную по b. Получаем квадратное уравнение вида:
3b²+4ab-d + 1=0
(10)
Принимая
+ 1 ≈ 1 поскольку ≈ 0,009 получим корень уравнения (10):
b
Второй корень квадратного уравнения (10) отбрасываем, поскольку его значение является отрицательным, что противоречит физическому смыслу величины b.

Соответственно, глубина кольцевой канавки составит
b₁
(11)
При L= 50 мм, d 20 мм, а 5 мм и n 4 b₁=4,3 мм, тогда, в соответствии с формулами (1) и (9) имеем: F 1000 мм², F₁ 1875 мм². Соответственно этому заявляемая муфта может передать более высокий вращающий момент при прочих равных параметрах элементов муфт.

Число кольцевых канавок на каждой полумуфте выбирается из условия прочности материала соединительного элемента 3 на смятие, поскольку канавки уменьшают площадь смятия. Площадь смятия соединительного элемента 3 (фиг.2) определяется из выражения:
F_см=L an
(12)
Условие прочности на смятие имеет вид:
[σ_см]
(13) где Р окружная сила, действующая на соединительный элемент 3;
[σ_cм допускаемое напряжение смятия.

Но
P
(14) где Т передаваемый муфтой вращающий момент;
К число соединительных элементов 3;
r расстояние от оси соединительного элемента до оси муфты.

Подставив в неравенство (13) значения из выражений (12) и (14), получим:
n ≅
(15)
Использование изобретения позволит повысить нагрузочную способность муфты.

Изобретение позволяет повысить нагрузочную способность муфты. На взаимообращенных цилиндрических поверхностях встречных фланцев полумуфт (П) 1 и 2 выполнены аксиальные гнезда, в которых расположены соединительные элементы (Э) 3, зафиксированные от осевого смещения гайками 4. В зоне аксиальных гнезд и Э3 выполнены на П 1 и 2 кольцевые канавки прямоугольного сечения. За счет увеличения суммарной площади среза Э 3 при работе повышается нагрузочная способность муфты. 3 ил.

МУФТА, содержащая две соосные полумуфты с встречными фланцами, соединительные элементы в форме цилиндров, расположенные в аксиальных гнездах, образованных полумуфтами, и средства осевой фиксации соединительных элементов, отличающаяся тем, что на цилиндрических поверхностях в зоне аксиальных гнезд полумуфт выполнены кольцевые канавки прямоугольного сечения, глубина которых определяется из соотношения

где d диаметр соединительного элемента;
a ширина канавки.