МУФТА ДЛЯ ЛОКОМОТИВНОЙ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2000 года по МПК F16D3/16 

Изобретение относится преимущественно к области рельсового подвижного состава для передачи вращающего момента от редуктора, установленного на раме тележки или кузове, к колесной паре и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для соединения валов машин и механизмов в условиях перекосов и аксиальных смещений соединяемых валов.

Известны шарнирно-поводковые муфты локомотивных карданных передач по патентам 627 136 (Швейцария, 1981 г.), 629 715 (Швейцария, 1982 г.), DE 27 09 260 (ФРГ, 1978 г.), в которых передача вращающего момента осуществляется посредством нескольких поводков, установленных симметрично по хордам окружности и соединенных с фланцами валов посредством упругих шарниров.

При кинематических возмущениях - перекосах и аксиальном смещении, возникающих при колебаниях подрессоренной рамы тележки, на которой установлен редуктор вместе с тяговым электродвигателем, при использовании шарнирно-поводковых муфт передаточное отношение от редуктора к колесной паре не равно строго единице в течение одного оборота, то есть возникает кинематическая погрешность, которая является источником возбуждения крутильных колебаний в системе тягового привода. В шарнирах возникают переменные радиальные деформации и сопутствующие им дополнительные динамические силы, что снижает долговечность шарниров. В муфтах со встречным расположением шести поводков, которые отличаются отсутствием кинематической погрешности, дополнительные динамические силы, обусловленные радиальными деформациями, при больших значениях кинематических возмущений превышают силы от передачи тягового момента.

Известна муфта по патенту US 3 538 721 (1970 г.), в которой фланцы ведущего и ведомого валов соединены тремя парами двухопорных звеньев, расположенных симметрично по окружности, причем каждое звено с соответствующим фланцем соединено посредством двух шарниров, а между собой звенья в каждой паре соединены сферическим шарниром. Одно звено имеет шаровую головку, которая входит в шаровую полость другого звена. Шаровая головка для уменьшения массы и подачи масла в рабочую полость имеет цилиндрическое отверстие.

Фланцы соединяемых валов в данной муфте соединяются посредством шести двухопорных звеньев. Муфта содержит 15 подвижных соединений, которые требуют смазки, причем подача смазки в эти соединения является затруднительной, особенно в локомотивных карданных передачах, которые располагаются под рамой тележки на уровне осей колесных пар.

В локомотивах, в которых используется тяговый привод с карданной передачей, каждая колесная пара имеет свой привод и соответственно карданную передачу с двумя муфтами. В локомотиве с двумя двухосными тележками при использовании карданной передачи с муфтами по патенту US 3 538 721 потребовалось бы регулярно смазывать 120 шарниров.

Но по технической сущности муфта, описанная в патенте US 3 538 721, является наиболее близкой. Она и взята за прототип.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в муфте вместо шести двухопорных звеньев содержится только два двухопорных арочных звена, каждое из которых соединено с фланцем одного вала двумя упругими шарнирами, а с фланцем другого вала - одним упругим шарниром. Муфта содержит всего шесть упругих шарниров. В качестве подшипников используются типовые сайлент-блоки, содержащие резиновые элементы. Контакт металла по металлу отсутствует. Смазка шарниров не требуется. Конструкция муфты является более простой. Все шарниры располагаются в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения. Габариты муфты по ширине и диаметру уменьшаются.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции муфты для локомотивной карданной передачи.

Чертежи муфты применительно к локомотивной карданной передаче представлены на фиг. 1 и 2. Полый вал 1, свободно охватывающий ось колесной пары, посредством двух одинаковых муфт соединяется с фланцами 2 и 3, один из которых соединяется с зубчатым колесом подрессоренного редуктора, а другой - с колесным диском. Муфты повернуты относительно друг друга на 90 град.

Фланцы 4 полого вала с фланцами 2 и 3 соединяются двумя арочными звеньями 5. Эти звенья посредством упругих шарниров, в которых установлены сайлент-блоки со сферическими резиновыми элементами 6, соединяются с выступами 7 фланцев 4. Внутренняя втулка 8 сайлент-блока жестко сидит на пальце 9 и, следовательно, жестко связана с выступами 7 фланца 4. Наружная втулка 10 запрессована в арочное звено 5.

Посредством упругих шарниров, в которых установлены сайлент-блоки с цилиндрическими резиновыми элементами 11, арочные звенья 5 соединены с кронштейнами 12 фланцев 2 и 3. Звено 5 жестко соединено с наружной втулкой 13 сайлент-блока. Палец 14, на который насажена внутренняя втулка 15, жестко связан с кронштейном 12.

На фиг. 3 и 4 представлены чертежи муфты, в которой арочные звенья жестко соединены с пальцами 14 и, следовательно, с внутренней втулкой 15 сайлент-блока. Наружная втулка 13 сайлент-блока запрессована в отверстие кронштейна 12. Независимо от видов соединений технический результат будет тот же.

Общий вид муфты показан на фиг. 5.

Силы, возникающие в шарнирах муфты при передаче вращающего момента М, показаны на фиг. 6.

На фиг. 7 представлена кинематическая схема муфты при произвольном угле ϕ ее поворота для определения относительных угловых перемещений арочных звеньев при кинематических возмущениях - аксиальном смещении Δy полого вала и межосевом угле α, возникающих при поперечном перемещении рамы тележки относительно оси колесной пары, при вертикальных колебаниях и боковой качке. Эти угловые перемещения однозначно определяют переменные деформации резиновых элементов сайлент-блоков и в первую очередь влияют на долговечность упругих шарниров.

Угловые перемещения показаны на кинематической схеме муфты (фиг. 7) при произвольном угле ϕ ее поворота. Использованы две плоскости проекций: фронтальная V - плоскость вращения и вертикальная профильная W, проходящая через ось полого вала. Положение арочных звеньев изображается треугольниками.

Пунктирной линией изображены положения арочных звеньев при отсутствии кинематических возмущений (Δy=0, α=0). Штрихпунктирной линией изображены положения звеньев при аксиальном смещении Δy. Наконец, сплошной линией изображены проекции звеньев при аксиальном смещении и одновременно межосевом угле α. На плоскости W показаны проекции только одного арочного звена.

Отклонение треугольника A₂B₂C₂ (a'₂b'₂c'₂, a''₂b''₂c''₂) относительно первоначального положения A₀B₀C₀ (a'₀b'₀c'₀, a''₀b''₀c''₀) определяется тремя углами:
1. Углом поворота β_Σ - углом поворота высоты треугольника E₂A₂ (e'₂a'₂, e''₂a''₂);
2. Углом поворота ξ основания B₂C₂ (b'₂c'₂,b''₂c''₂) в плоскости вращения V;
3. Углом отклонения ξ основания B₂C₂ от плоскости вращения.

В шарнирах A_i (i=1, 2) возникают осевые перемещения S.

Угол поворота ξ обусловлен тем, что вертикальные перемещения центров шарниров B и C при произвольном угле ϕ поворота муфты не равны между собой (b'₀b'₂≠c'₀c'₂). Этот угол не вызывает деформации в шарнирах.

Наибольшие деформации резиновых элементов сайлент-блоков обусловливает угол β_Σ, который принимает максимальное значение при ϕ =0. Максимальные деформации возникают в шарнирах B_i и C_i (i=1, 2), поскольку в этих шарнирах при ϕ = 0 угловые перемещения равны βmaxΣ

Угол ξ зависит только от α и принимает наибольшие значения ξ_max = α при ϕ =90^o.

Аксиальное смещение S вызывает деформацию сдвига в резиновых элементах сайлент-блоков шарниров A_i, в которых продольные оси направлены по диаметру муфты. Наибольшее значение величины S возникает при ϕ =0.

При кинематических возмущениях Δy и α передаточное отношение между соединяемыми валами в течение оборота строго равно единице, то есть отсутствует кинематическая погрешность. Следовательно, отсутствует источник возбуждения крутильных колебаний.

При кинематических возмущениях полый вал передачи вращается равномерно.

Кинематические возмущения не приводят к появлению в шарнирах радиальных деформаций, которые в связи с большой радиальной жесткостью сайлент-блоков могут вызывать значительные дополнительные динамические силы. Аксиальные смещения в шарнирах A_i, соединяющих арочные звенья с кронштейнами фланцев, обусловливают появление осевых сил в этих шарнирах, но эти силы незначительны, поскольку осевые жесткости сайлент-блоков с цилиндрическими резиновыми элементами во много раз меньше их радиальной жесткости.

При максимальных значениях кинематических возмущений в локомотивных карданных передачах порядка α =±4^o, Δy_max = ±6 мм наибольшие углы в шарнирах, однозначно определяющие наибольшие деформации резиновых элементов сайлент-блоков, не превышают допустимых максимальных значений, которые приводятся в каталогах, содержащих характеристики типовых сайлент-блоков.

При использовании только двух арочных звеньев габариты муфты по диаметру уменьшаются. При этом уменьшаются центробежные силы, что дает возможность использовать карданную передачу с предлагаемыми муфтами в тяговых приводах высокоскоростного подвижного состава.

Все шарниры располагаются в одной плоскости, что уменьшает габариты муфты по ширине.

Использование: для соединения валов при их перекосах и аксиальном смещении. Фланцы ведущего и ведомого валов соединены тремя парами двухопорных звеньев, расположенных симметрично по окружности. Каждое звено с соответствующим фланцем соединено посредством двух шарниров, а между собой звенья в каждой паре соединены сферическим шарниром. Муфта содержит два двухопорных арочных звена, каждое из которых двумя шарнирами соединено с фланцем одного вала и посредством одного шарнира - кронштейном фланца другого вала. В результате повышается надежность и упрощается конструкция муфты. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Муфта для локомотивной карданной передачи и для соединения валов при их перекосах и аксиальном смещении, в которой фланцы ведущего и ведомого валов соединены тремя парами двухопорных звеньев, расположенных симметрично по окружности, причем каждое звено с соответствующим фланцем соединено посредством двух шарниров, а между собой звенья в каждой паре соединены сферическим шарниром, отличающаяся тем, что содержит два двухопорных арочных звена, каждое из которых двумя шарнирами соединено с фланцем одного вала и посредством одного шарнира - с кронштейном фланца другого вала. 2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что в четырех шарнирах, соединяющих двухопорные арочные звенья с фланцем одного вала, установлены сайлент-блоки со сферическими резиновыми элементами, а в шарнирах, соединяющих арочные звенья с кронштейнами другого вала, установлены сайлент-блоки с цилиндрическими резиновыми элементами, причем арочные звенья соединены жестко с наружными втулками, а кронштейны - с внутренними втулками сайлент-блоков, или, наоборот, арочные звенья соединены жестко с внутренними втулками, а кронштейны - с наружными втулками. 3. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что все шарниры расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения. 4. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что арочные звенья соединены с кронштейнами посредством шарниров, оси которых направлены по диаметру муфты.