ШАРНИРНО-СДВОЕННАЯ МУФТА Российский патент 2000 года по МПК F16D3/02 

Данное изобретение относится к невыключаемым муфтам для передачи вращательного движения, а более точно касается шарнирно-сдвоенной муфты.

Настоящее изобретение может быть использовано в тех отраслях промышленности, в которых существует проблема передачи вращающего момента от ведомого вала к ведущему без искажения закономерности передаваемого момента по форме и времени, в конструкциях, где валы имеют радиальные и осевые перемещения на величину зазоров и допусков, а также для соединения несоосных валов тяжело нагруженных машин и механизмов. Например, для соединения электродвигателей с насосами в нефтяной, химической и других отраслях промышленности, паровых турбин с электрогенераторами на ТЭЦ, в приводах поршневых компрессоров, в приводах прецизионных металлорежущих станков, в трансмиссиях различных транспортных средств и в других системах.

В настоящее время используются десятки конструктивных и схемных решений соединительных муфт, с помощью которых решаются проблемы нейтрализации некоторых механических помех.

Например, в автомобильных и некоторых других трансмиссиях довольно эффективно работают шарнирно-сдвоенные муфты, которые имеют на оконечностях валов, передающем и воспринимающем вращающий момент, полумуфты, оси которых, сопрягаемые с промежуточным элементом, например, карданным валом, располагаются под углом 90^o относительно друг друга ("Справочник машиностроителя". Под ред. Н. С. Ачеркана. Госнаучтехиздат, М., 1962 г., т. 4, кн. 1, стр. 200). Однако данная муфта сама создает колебания передаваемого момента по причине не строгого равенства между собою угловых скоростей полумуфт на передающем и воспринимающем валах, оси валов должны быть в одной плоскости и обязательно параллельны, относительное смещение концов валов допускается по одной оси координат, например по оси y и частично по оси x. Такая муфта имеет всего три степени подвижности, конструкция известной шарнирно-сдвоенной муфты для передачи вращающих моментов, соответствующих мощностям 100 кВт и более, получается очень громоздкой и ненадежной в области полумуфт.

Известна шарнирно-сдвоенная муфта PCT/JP91/00612 от 08.05.91, F 16 D 3/04. Данная муфта содержит две соосно установленные полумуфты, закрепленные на концах ведущего и ведомого валов, фланцы полумуфт содержат зубцы - прямоугольные выступы и канавки, которые входят в зацепление с зубцами - выступами и канавками промежуточного элемента, передающего крутящий момент, у которого выступы и канавки на одной стороне элемента расположены под углом 90^o по отношению к выступам и канавкам на другой стороне. Полумуфты выполнены из металла, а промежуточный элемент из пластмассы.

Выполнение промежуточного элемента из пластмассы требует значительно больших габаритов и металлоемкости полумуфт на единицу передаваемого момента (при расчете зацепления зубчатого на срез и смятие). Также в данной муфте имеет место малая степень подвижности (всего три степени), которая не позволяет нейтрализовать механические помехи при самых милых углах несоосности валов и колебательных движений относительно трех координатных осей. В муфте промежуточный элемент из пластмассы не позволяет передавать большие мощности, твердые пластмассы являются термодинамически неустойчивыми системами на молекулярном уровне - быстро стареют и разрушаются, а пластичные пластмассы не пригодны для муфты. Пара "металл-пластмасса" работает без смазки, поэтому ее коэффициент трения составляет 0,4- 0,6, что вызывает нагревание промежуточного элемента, снижающее потенциально допустимую нагрузку и время работы такой муфты.

Таким образом, данная шарнирно-сдвоенная муфта не передает вращающий момент от ведущего вала к ведомому без искажения закономерности передаваемого момента по форме и времени и передает с недостаточным коэффициентом полезного действия и надежностью в работе муфты сопряженных с нею машин и механизмов, при минимальной металлоемкости и габаритах отнесенных к единице передаваемого вращающего момента.

В основу изобретения положена задача создания шарнирно-сдвоенной муфты с таким ее новым конструктивным выполнением, которое позволило бы передавать вращающий момент от ведущего вала к ведомому без искажений закономерности передаваемого момента по форме и времени с высоким коэффициентом полезного действия и надежностью в работе муфты и сопряженных с нею машин и механизмов, при минимальной металлоемкости и габаритах, отнесенных к единице передаваемого вращающего момента.

Поставленная задача решается тем, что в шарнирно-сдвоенной муфте, содержащей соосно установленные две полумуфты с зубцами на торцевой стороне и промежуточный элемент, передающий крутящий момент, с зубцами на обеих сторонах, установленный с возможностью образования зубчатого зацепления с каждой из полумуфт, при этом зубцы промежуточного элемента на разных сторонах расположены под углом 90^o относительно друг друга, согласно изобретению, содержится защитная гильза, жестко соединенная с одной из полумуфт, а другая полумуфта установлена в защитной гильзе с зазором с возможностью осевого, радиального и несоосного по отношению к оси одной полумуфты перемещения, зубцы полумуфты и промежуточного элемента имеют эвольвентный профиль, а промежуточный элемент выполнен из металла.

Предпочтительно, чтобы модуль зубьев зубчатого зацепления одной полумуфты отличался от модуля зубьев зубчатого зацепления другой полумуфты, при этом модуль зубьев с каждой стороны промежуточного элемента соответствовал модулю зубьев каждой из полумуфт, входящих с ним в зубчатое зацепление.

Возможно, что промежуточный элемент выполнен из металла повышенной твердости, допускающий калку и шлифовку, для передачи высоких удельных крутящих моментов и мощностей.

Также возможно, что промежуточный элемент выполнен из пластичного незакаливаемого металла для бесшумных малонагруженных передач. Благодаря большому числу степеней подвижности предлагаемой шарнирно-сдвоенной муфты с ее помощью компенсируются механические помехи, вызванные: неуправляемыми колебаниями оконечностей валов, произвольными малыми перемещениями торцов сопрягаемых валов; несоосностью валов по трем координатам в пространстве в результате ошибок при сборке и монтаже и другие.

Данное изобретение позволяет передавать вращающий момент от ведущего вала к ведомому без искажений закономерности передаваемого момента по форме и времени с высоким коэффициентом полезного действия и надежностью в работе муфты и сопряженных с нею машин и механизмов, при минимальной металлоемкости и габаритах, отнесенных к единице передаваемого вращающего момента.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером выполнения и чертежами, на которых
фиг. 1 изображает общий вид шарнирно-сдвоенной муфты, продольный разрез, согласно изобретению;
фиг. 2 изображает часть шарнирно-сдвоенной муфты - фрагмент зацепления полумуфт и промежуточного элемента, согласно изобретению;
фиг.3 изображает оси координат, согласно изобретению;
фиг. 4 изображает промежуточный элемент, повернутый на 90^o относительно его положения, показанного на фиг.2, согласно изобретению.

Шарнирно-сдвоенная муфта содержит соосно установленные две полумуфты 1 и 2 (фиг. 1) с зубцами 3 на торцевой стороне и промежуточный элемент 4, передающий крутящий момент. Полумуфта 1 посажена на ведомый вал 5, а полумуфта 2 посажена на ведущий вал 6. Промежуточный элемент 4 имеет зубцы 7 на обеих сторонах и установлен с возможностью образования зубчатого зацепления с каждой из полумуфт 1, 2. Зубцы 7 промежуточного элемента 4 на разных сторонах расположены под углом 90^o относительно друг друга. Муфта содержит защитную гильзу 8, жестко соединенную с одной из полумуфт 1. Другая полумуфта 2 установлена в защитной гильзе 8 с зазором 9 с возможностью осевого, радиального и несоосного по отношению к оси X полумуфты 1 перемещения. Зубцы 3, 7 полумуфт 1, 2 и промежуточного элемента 4 имеют эвольвентный профиль. Промежуточный элемент 4 выполнен из металла. На фигуре буквой Y обозначена ось координат.

Согласно изобретению, наиболее предпочтительным материалом для деталей муфты являются нержавеющие, антикоррозионные стали и чугуны.

Зазоры 9 между полумуфтой 2 и гильзой 8 выполнены из расчета возможных перемещений ведущего вала 6 и ведомого вала 5, вызванных механическими помехами, обусловленными технологическими неточностями деталей сопрягаемых машин и механизмов, низким качеством изготовления, сборки, монтажа или конструктивными особенностями механизмов. Полумуфта 1 может перемещаться вдоль трех координатных осей X, Y и Z (фиг. 3) в отдельности и совершать колебательные вращения вокруг каждой оси X, Y, Z - шесть степеней подвижности. Аналогичные движения совершает и полумуфта 2, реализуя также шесть степеней подвижности.

Модуль зубьев 3 зубчатого зацепления одной полумуфты 1 может отличаться от модуля зубьев 3 зубчатого зацепления другой полумуфты 2. При этом модуль зубьев 7 с каждой стороны промежуточного элемента 4 соответствует модулю зубьев 3 каждой из полумуфт 1, 2, входящих с ним в зубчатое зацепление. Возможно, что промежуточный элемент 4 выполнен из металла повышенной твердости, допускающий калку и шлифовку, для передачи высоких удельных крутящих моментов и мощностей. Также возможно, что промежуточный элемент 4 выполнен из пластичного незакаливаемого металла для бесшумных малонагруженных передач.

На фиг. 2 изображен фрагмент зацепления полумуфт 1, 2 (фиг.2) и промежуточного элемента 4. Стрелками A и B показаны направления и характер возможных малых перемещений под воздействием механических помех: так стрелкой А показано вращение вокруг одной из координатных осей в том и другом направлении и стрелкой B - линейные перемещения зубьев 3 полумуфт 1, 2 промежуточного элемента 4.

На фиг. 3 изображены оси координат: X, Y, Z. По направлению стрелки C показана возможность линейных перемещений полумуфты 2 относительно промежуточного элемента 4. По направлению стрелки D показана возможность линейных перемещений относительно промежуточного элемента 4 полумуфты 1. По направлению стрелки E показана возможность торцевых перемещений полумуфт 1, 2 относительно друг друга и промежуточного элемента 4. По направлению стрелки F показана возможность вращения полумуфты 2 относительно промежуточного элемента 4. По направлению стрелки L показано вращение промежуточного элемента 4 относительно полумуфты 1. По направлению стрелки 14 показаны круговые движения обеих полумуфт 1, 2 и промежуточного элемента 4 относительно оси X.

На фиг.4 показан промежуточный элемент 4 (фиг.4), повернутый на 90^o относительно положения, показанного на фиг.2.

Работает данная шарнирно-сдвоенная муфта следующим образом. При вращении полумуфты 2 (фиг. 1), посаженной на ведущий вал 6, например, посредством шлицевого или шпоночного соединения или на многогранный вал, ее зубцы 3 соответствующего модуля, входящие в зацепление с зубцами 7 аналогичного модуля промежуточного элемента 4 передают крутящий момент промежуточному элементу 4. Промежуточный элемент 4, в свою очередь, посредством зубчатого зацепления, выполненного на другой его стороне и входящего в зубчатое зацепление с зубцами 3 полумуфты 1, посаженной на ведомый вал 5, передает крутящий момент ведомому валу 5. При этом защитная гильза 8, жестко посаженная на полумуфту 1, ограничивает перемещения полумуфты 2 по оси X, предотвращая выход зубьев 3, 7 из зацепления. Однако конструкция предусматривает возможность плоского перемещения путем расчета зазора 9, исходя из возможных торцевых биений сопрягаемых машин и механизмов. Кроме того, внутренняя полость гильзы 8 заполняется смазкой для снижения трения между полумуфтами 1, 2 и промежуточным элементом 4 и повышения коэффициента полезного действия, снижения нагрева промежуточного элемента 4 и повышения надежности работы муфты.

Благодаря эвольвентному профилю зубьев 3, 7 зацепления полумуфт 1, 2 с промежуточным двусторонним элементом 4 каждая полумуфта 1, 2 может перемещаться по трем осям X, Y, Z координат и иметь малые углы вращения вокруг каждой из осей X, Y, Z, что в общей сложности составляет шесть степеней подвижности муфты с каждой стороны промежуточного элемента 4 или двенадцать степеней подвижности для всей шарнирно-сдвоенной муфты.

Такое количество степеней подвижности действительно позволяет передавать вращающий момент от ведущего вала 6 к ведомому валу 5 без искажения закономерности передаваемого момента по форме и времени. За счет того, что все детали предполагаемой муфты выполнены из металла, поверхности эвольвентных зубьев 3, 7 полумуфт 1, 2 и зубьев 7 соответственно промежуточного элемента 4 можно закаливать и шлифовать, достигая высокой точности зацепления, что в совокупности со смазкой позволяет достичь высокого энергетического коэффициента полезного действия и надежность в работе. При этом удельная металлоемкость шарнирно-сдвоенной муфты значительно ниже, чем у известных муфт с упругими компенсаторами с карданами и другими типами муфт. Простота и технологичность конструкции делает ее применение высокоэффективным средством повышения надежности сопрягаемых машин и механизмов за счет того, что практически полностью исключает негативное влияние возмущающих воздействий, помех, технологических неточностей изготовления, сборки и монтажа одного механизма на другой.

Таким образом, данная шарнирно-сдвоенная муфта передает вращающий момент от ведущего вала 6 к ведомому валу 5 без искажения закономерности передаваемого момента по форме и времени с высоким коэффициентом полезного действия и надежностью в работе муфты и сопряженных с нею машин и механизмов, при минимальной металлоемкости и габаритах, отнесенных к единице передаваемого вращающего момента.

Изобретение относится к невыключаемым муфтам для передачи вращательного движения, а более точно - к шарнирно-сдвоенным муфтам. Шарнирно-сдвоенная муфта содержит две полумуфты с зубцами на торцах и промежуточный элемент с зубцами на торцах, установленный с возможностью образования зубчатого зацепления с полумуфтами. Зубцы промежуточного элемента и полумуфт имеют эвольвентный профиль. Промежуточный элемент выполнен из металла. Муфта содержит защитную гильзу, жестко соединенную с одной полумуфтой. Другая полумуфта установлена в защитной гильзе с зазором для обеспечения возможности различных перемещений. Технический результат заключается в возможности передачи крутящего момента без искажений по форме и времени с высоким коэффициентом полезного действия и надежностью, уменьшении металлоемкости и габаритов муфты. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Шарнирно-сдвоенная муфта, содержащая соосно установленные две полумуфты с зубцами на торцевой стороне и промежуточный элемент, передающий крутящий момент, с зубцами на обеих сторонах, установленный с возможностью образования зубчатого зацепления с каждой из полумуфт, при этом зубцы промежуточного элемента на разных сторонах расположены под углом 90^o относительно друг друга, отличающаяся тем, что она содержит защитную гильзу, жестко соединенную с одной из полумуфт, а другая полумуфта установлена в защитной гильзе с зазором с возможностью осевого, радиального и несоосного по отношению к оси одной полумуфты перемещений, зубцы полумуфт и промежуточного элемента имеют эвольвентный профиль, а промежуточный элемент выполнен из металла. 2. Шарнирно-сдвоенная муфта по п.1, отличающаяся тем, что модуль зубьев зубчатого зацепления одной полумуфты отличается от модуля зубьев зубчатого зацепления другой полумуфты, при этом модуль зубьев с каждой стороны промежуточного элемента соответствует модулю зубьев каждой из полумуфт, входящих с ним в зубчатое зацепление. 3. Шарнирно-сдвоенная муфта по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что промежуточный элемент выполнен из металла повышенной твердости, допускающего калку и шлифовку, для передачи высоких удельных крутящих моментов и мощностей. 4. Шарнирно-сдвоенная муфта по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что промежуточный элемент выполнен из пластичного незакаливаемого металла для бесшумных малонагруженных передач.