МУФТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F16D11/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов для осуществления запуска приводного двигателя и автоматического соединения валов при достижении ведущим валом заданной угловой скорости.

Известны нормально разомкнутые центробежные фрикционные колодочные муфты и центробежные муфты с сыпучим рабочим телом. Эти муфты служат для автоматического соединения валов при достижении ведущим валом заданной угловой скорости (Поляков B.C., Барбаш И.Д., Ряховский О.А., Справочник по муфтам, Л., Машиностроение, 1979 г., стр.287-315). Область применения данных муфт ограничена, так как для передачи значительных крутящих моментов при относительно небольшой частоте вращения ведущего вала требуются большие диаметральные размеры и масса муфт, что в ряде случаев, например в приводе погружного электронасоса, неприемлемо. Данные муфты не обеспечивают надежного сцепления колодок ведущей полумуфты с ведомой полумуфтой в случае превышения номинального момента нагрузки, что может привести к отказу в работе установки и, соответственно, к значительным материальным потерям.

Наиболее близким техническим решением является колодочная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, причем в ведущей полумуфте предусмотрены направляющие ребра, между которыми расположены колодки с фрикционными накладками (Поляков B.C., Барбаш И.Д., Ряховский О.А., Справочник по муфтам. Л., Машиностроение, 1979 г., стр.287).

Сцепление валов начинается при достижении скорости вращения 75% от номинальной, а при достижении номинальной скорости вращения передается момент, не превышающий 100% номинального момента нагрузки, что не позволяет надежно автоматически соединять валы привода погружного электронасоса.

Задачей изобретения является повышение надежности соединения валов и расширение функциональных возможностей муфты.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в повышении надежности соединения валов приводов за счет автоматического соединения валов при достижении ведущим валом заданной угловой скорости. Расширение функциональных возможностей заключается в расширении диапазона скоростей вращения ведущего вала, при которых происходит автоматическое соединение валов.

Указанный технический результат достигается тем, что муфта, содержащая две концентричные полумуфты, дополнительно содержит связывающий полумуфты ползун, представляющий собой жестко связанные между собой концентричные винтовую и шлицевую втулки, причем полумуфты содержат соответственно винтовой и шлицевой валы, снабженные упорами. При этом свободный ход ползуна L определяется из выражения

где d - средний диаметр резьбы в винтовом (резьбовом) соединении, м;

ψ - угол подъема винтовой линии резьбы, град; при этом ψ >ϕ , где ϕ - приведенный угол трения в винтовом (резьбовом) соединении, град;

ω =f(t) - переменная во время разгона частота вращения ведущего вала, рад/сек;

t_i - время разгона до достижения ведущим валом заданной угловой скорости, сек;

L - свободный ход ползуна, м.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью упора винтового вала и торцевой поверхностью винтовой втулки ползуна, на которых установлены опорные подшипники, упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью упора шлицевого вала и торцевой поверхностью шлицевой втулки ползуна упругий элемент, например винтовую пружину.

Указанный технический результат достигается также тем, что в муфте, содержащей две концентричные полумуфты, одна полумуфта содержит винтовую втулку, вторая содержит шлицевую втулку, причем винтовая и шлицевая втулки связаны концентричным ползуном, содержащим винтовой и шлицевой валы, примыкающие с двух противоположных сторон к упору. При этом свободный ход ползуна равен L.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью винтовой втулки и торцевой поверхностью упора винтового вала ползуна, на которых установлены опорные подшипники, упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью шлицевой втулки и торцевой поверхностью упора шлицевого вала ползуна упругий элемент, например винтовую пружину.

Указанный технический результат достигается также тем, что в муфте, содержащей две концентричные полумуфты, одна полумуфта содержит винтовой вал, снабженный упором, вторая содержит шлицевую втулку, причем полумуфты связаны между собой концентричным ползуном, который содержит шлицевой вал и примыкающую к нему винтовую втулку, торцевые поверхности которой выполнены в виде упоров. При этом свободный ход ползуна равен L.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью упора винтового вала полумуфты и торцевой поверхностью винтовой втулки ползуна, на которых установлены опорные подшипники, упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью шлицевой втулки полумуфты и торцевой поверхностью упора шлицевого вала ползуна упругий элемент, например винтовую пружину.

Указанный технический результат достигается также тем, что в муфте, содержащей две концентричные полумуфты, одна полумуфта содержит винтовую втулку, вторая содержит шлицевой вал, снабженный упором, причем полумуфты связаны между собой концентричным ползуном, который содержит винтовой вал и примыкающую к нему шлицевую втулку, торцевые поверхности которой выполнены в виде упоров. При этом свободный ход ползуна равен L.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью винтовой втулки полумуфты и торцевой поверхностью упора ползуна, на которых установлены опорные подшипники, упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью шлицевой втулки ползуна и торцевой поверхностью упора шлицевого вала полумуфты упругий элемент, например винтовую пружину.

Все варианты исполнения муфт могут содержать цилиндрический корпус, в котором размещены с возможностью свободного вращения полумуфты и ползун.

При вращении ведущего вала (см. Фиг.1) винтовая втулка ползуна наворачивается на винтовой вал (или сворачивается с винтового вала), а шлицевая втулка перемещается продольно по шлицевому валу и при достижении винтовой втулкой крайнего положения (при достижении ею упора) муфта жестко соединяет ведущий и ведомый валы. При этом за время, в течение которого шлицевая втулка перемещается по шлицевому валу, двигатель (ведущая полумуфта) разгоняется до заданной скорости, при которой необходимо включение ведомого вала (ведомой полумуфты).

Длина свободного хода ползуна до упорной поверхности равна L.

К ведущему валу прикладывается вращающий момент - М_д, к ведомому валу прикладывается момент сопротивления – М_сопр., при этом М_д>М_сопр. Параметры винтового и шлицевого соединения выбираются таким образом, чтобы приведенный момент трения в винтовом и шлицевом соединениях был следующим: М_тр<М_сопр..

Зная зависимость частоты вращения ведущего вала от времени, то есть разгонную характеристику приводного двигателя в режиме холостого хода (см. Фиг.6)

ω =f(t) (1),

где ω - переменная частота вращения во время разгона приводного двигателя, рад/сек;

определяем время t_i, за которое частота вращения вала достигнет значения ω _i.

За время t_i ведущий вал совершит количество оборотов, равное

При этом ползун продвинется по винтовому валу на расстояние, равное

L_i=N_i·_{P (3),}

где Р - шаг резьбы, м;

В свою очередь

P=π · d· tg(ψ ) (4),

где d - средний диаметр винтового соединения, м;

ψ - угол подъема винтовой линии, град.

Принимая, что длина свободного хода ползуна

L=L_i (5),

получим из (2), (3) и (4) выражение величины свободного хода ползуна до упора о торцевую поверхность и соединения ведущей и ведомой полумуфт:

где d - средний диаметр вала с винтовой (резьбовой) поверхностью, м;

ψ - угол подъема винтовой линии резьбы, град;

ω =f(t) - переменная во время разгона частота вращения ведущего вала, рад/сек;

t_i - время разгона до достижения ведущим валом заданной угловой скорости, сек.

Для возвращения ползуна в исходное положение приводной двигатель вращают в противоположную рабочему вращению сторону. При этом во избежание заклинивания угол подъема винтовой линии должен быть

ψ >ϕ (7),

где ϕ - приведенный угол трения в винтовом (резьбовом) соединении, град.

Для снижения ударных нагрузок между торцевой поверхностью ползуна и торцевой поверхностью соответствующей полумуфты устанавливается упругий элемент, например винтовая пружина. При этом максимальная жесткость упругого элемента не должна привести к возрастанию М_тр до М_сопр. и более.

Таким образом, все варианты исполнения муфт обеспечивают надежное автоматическое соединение ведущего и ведомого валов муфты при достижении ведущим валом заданной угловой скорости.

На Фиг.1 приведен чертеж муфты с ползуном, содержащим винтовую и шлицевую втулки.

На Фиг.2 приведен чертеж муфты с ползуном, содержащим винтовой и шлицевой валы.

На Фиг.3 приведен чертеж муфты с ползуном, содержащим шлицевой вал и винтовую втулку.

На Фиг.4 приведен чертеж муфты с ползуном, содержащим винтовой вал и шлицевую втулку.

На Фиг.5 приведен чертеж муфты с ползуном, содержащим винтовую и шлицевую втулки, с установленной винтовой пружиной между торцевыми поверхностями упора винтового вала и торцевой поверхностью винтовой втулки ползуна.

На Фиг.6 приведен график зависимости частоты вращения ведущего вала от времени.

Муфта (см. Фиг.1) содержит две концентричные полумуфты 1 и 2 и связывающий полумуфты ползун 3. Ползун 3 представляет собой жестко связанные между собой концентричные винтовую втулку 4 и шлицевую втулку 5. Полумуфта 1 содержит винтовой вал 6, снабженный упором 7. Полумуфта 2 содержит шлицевой вал 8, снабженный упором 9. При этом свободный ход ползуна равен L.

Между торцевой поверхностью упора 7 винтового вала 6 и торцевой поверхностью винтовой втулки 4 могут быть установлены опорные подшипники 10 и 11 и может быть размещен упругий элемент, например винтовая пружина 12 (см. Фиг.5).

Винтовая пружина 12 может быть расположена между торцевой поверхностью упора 9 шлицевого вала 8 и торцевой поверхностью шлицевой втулки 5, при этом установка опорных подшипников необязательна.

Муфта (см. Фиг.2) содержит две концентричные полумуфты 13 и 14. Полумуфта 13 содержит винтовую втулку 15. Полумуфта 14 содержит шлицевую втулку 16, причем полумуфты 13 и 14 связаны концентричным ползуном 17, содержащим винтовой вал 18 и шлицевой вал 19, примыкающие с двух противоположных сторон к упору с торцевыми поверхностями 20. При этом свободный ход ползуна равен L.

Между торцевой поверхностью винтовой втулки 15 и торцевой поверхностью 20 упора винтового вала 18 ползуна 17 могут быть размещены опорные подшипники и упругий элемент, например винтовая пружина.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью шлицевой втулки 16 и торцевой поверхностью 20 упора шлицевого вала 19 ползуна 17 упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта (см. Фиг.3) содержит две концентричные полу муфты 21 и 22. Полумуфта 21 содержит винтовой вал 23, снабженный упором 24. Полу муфта 22 содержит шлицевую втулку 25. Полумуфты 21 и 22 связаны между собой концентричным ползуном 26, который содержит шлицевой вал 27 и примыкающую к нему винтовую втулку 28, торцевая поверхность которой выполнена в виде упора 29. При этом свободный ход ползуна равен L.

Между торцевой поверхностью 29 винтовой втулки 28 и торцевой поверхностью 24 упора винтового вала 23 полумуфты 21 могут быть размещены опорные подшипники и упругий элемент, например винтовая пружина.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью шлицевой втулки 25 полумуфты 22 и торцевой поверхностью упора шлицевого вала 27 ползуна 26 упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта (см. Фиг.4) содержит две концентричные полумуфты 30 и 31. Полумуфта 30 содержит винтовую втулку 32, полумуфта 31 содержит шлицевой вал 33, снабженный упором 34, причем полумуфты связаны между собой концентричным ползуном 35, который содержит винтовой вал 36 и примыкающую к нему шлицевую втулку 37, торцевая поверхность которой выполнена в виде упора 38. При этом свободный ход ползуна равен L.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью винтовой втулки 32 полумуфты 30 и торцевой поверхностью упора ползуна 35, на которых установлены опорные подшипники, упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью 38 шлицевой втулки 37 ползуна 35 и торцевой поверхностью упора 34 шлицевого вала 33 полумуфты 31 упругий элемент, например винтовую пружину.

Все варианты исполнения муфт могут содержать цилиндрический корпус 39, в котором размещены с возможностью свободного вращения полумуфты и ползун.

Ведущая полумуфта, например полумуфта 1 (см. Фиг.1), соединена с приводным двигателем, ведомая полумуфта, например полумуфта 2 соединена с исполнительным механизмом.

Во всех вариантах исполнений муфт свободный ход L ползуна определяется из выражения

Муфта работает следующим образом.

При вращении ведущего вала, например полумуфты 1 (см. Фиг.1), происходит наворачивание винтовой втулки 4 ползуна 3 на винтовой вал 6 (или сворачивание с винтового вала), при этом происходит продольное перемещение ползуна 3 и, соответственно, шлицевой втулки 5 по шлицевому валу 8. При достижении винтовой втулкой 4 ползуна 3 крайнего положения, то есть при достижении упора 7, муфта жестко соединяет ведущий и ведомый валы. При этом винтовая пружина 12 (см. Фиг.5) снижает ударные нагрузки на торцевые поверхности ползуна и соответствующей полумуфты.

За время, в течение которого ползун 3 перемещается по шлицевому валу 8 из своего одного крайнего положения в другое, двигатель разгоняется до заданной скорости (см. Фиг.6), при которой необходимо включение ведомой полумуфты, при этом постоянное зацепление ползуна с ведущей и ведомой полумуфтами повышает надежность автоматического соединения ведущего и ведомого валов.

Изобретение позволяет повысить надежность автоматического соединения ведущего и ведомого валов при достижении ведущим валом заданной угловой скорости, и тем самым облегчить запуск приводного двигателя. Автоматическое соединение валов происходит в более широком диапазоне скоростей вращения ведущего вала, поскольку момент соединения ведущего и ведомого валов не зависит от частоты вращения ведущего вала.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов. Муфта содержит две концентричные полумуфты. Новым является то, что она содержит связывающий полумуфты ползун, представляющий собой жестко связанные между собой концентричные винтовую и шлицевую втулки. Полумуфты содержат, соответственно, винтовой и шлицевой валы, снабженные упорами. Свободный ход ползуна определяется из выражения где d - средний диаметр резьбы винтового вала, м; ψ - угол подъема винтовой линии резьбы, град; при этом ψ>ϕ, где ϕ - приведенный угол трения в винтовом соединении, град; ω=f(t) - переменная во время разгона частота вращения ведущего вала, рад/сек; t_i - время разгона до достижения ведущим валом заданной угловой скорости, сек; L - свободный ход ползуна, м. Между торцевыми поверхностями соответствующей полумуфты и ползуна может быть установлен упругий элемент. Варианты исполнения муфты содержат винтовой и шлицевой валы и соответствующие втулки в различных сочетаниях. Технический результат заключается в повышении надежности соединения ведущего и ведомого валов и расширении функциональных возможностей муфты. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Муфта, содержащая две концентричные полумуфты, отличающаяся тем, что она содержит связывающий полумуфты ползун, представляющий собой жестко связанные между собой концентричные винтовую и шлицевую втулки, причем полумуфты содержат соответственно винтовой и шлицевой валы, снабженные упорами, а свободный ход ползуна определяется из выражения

где d - средний диаметр резьбы винтового вала, м;

ψ - угол подъема винтовой линии резьбы, град; при этом ψ>ϕ, где ϕ - приведенный угол трения в винтовом соединении, град;

ω=f(t) - переменная во время разгона частота вращения ведущего вала, рад/с;

t_i - время разгона до достижения ведущим валом заданной угловой скорости, с;

L - свободный ход ползуна, м.

где d - средний диаметр резьбы винтового вала, м;

ψ - угол подъема винтовой линии резьбы, град; при этом ψ>ϕ, где ϕ - приведенный угол трения в винтовом соединении, град;

ω=f(t) - переменная во время разгона частота вращения ведущего вала, рад/с;

t_i - время разгона до достижения ведущим валом заданной угловой скорости, с;

L - свободный ход ползуна, м.

где d - средний диаметр резьбы винтового вала, м;

ψ - угол подъема винтовой линии резьбы, град; при этом ψ>ϕ, где ϕ - приведенный угол трения в винтовом соединении, град;

ω=f(t) - переменная во время разгона частота вращения ведущего вала, рад/с;

t_i - время разгона до достижения ведущим валом заданной угловой скорости, с;

L - свободный ход ползуна, м.

где d - средний диаметр резьбы винтового вала, м;

ψ - угол подъема винтовой линии резьбы, град; при этом ψ>ϕ, где ϕ - приведенный угол трения в винтовом соединении, град;

ω=f(t) - переменная во время разгона частота вращения ведущего вала, рад/с;

t_i - время разгона до достижения ведущим валом заданной угловой скорости, с;

L - свободный ход ползуна, м.