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, одна из которых содержит винтовой вал, снабженный упором, а вторая содержит шлицевую втулку, причем полумуфты связаны между собой концентричным ползуном, представляющим собой втулку, внутренняя поверхность которой винтовая, а наружная - шлицевая, торцевые поверхности которого выполнены в виде упоров. При этом свободный ход ползуна L 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 вал, 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 ползуна и торцевой поверхностью упора винтового вала полумуфты, на которой установлен опорный подшипник, упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью ползуна и внутренней торцевой поверхностью шлицевой втулки полумуфты 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, представляющим собой втулку, наружная поверхность которой винтовая, а внутренняя - шлицевая, торцевые поверхности которого выполнены в виде упоров. При этом свободный ход ползуна L определяется из выражения

Муфта может содержать между торцевой поверхностью ползуна и внутренней торцевой поверхностью винтовой втулки полумуфты, на которой установлен опорный подшипник, упругий элемент, например винтовую пружину.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью 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) ползун своей внутренней винтовой поверхностью наворачивается на винтовой вал одной полумуфты (или сворачивается с винтового вала полумуфты), а шлицевая поверхность ползуна перемещается продольно по шлицевой втулке другой полумуфты и при достижении ползуном крайнего положения (при достижении им упора) ползун жестко соединяет ведущую и ведомую полумуфты. При этом за время, в течение которого ползун перемещается по шлицевой втулке полумуфты, двигатель (ведущая полумуфта) разгоняется до заданной скорости, при которой необходимо включение ведомого вала (ведомой полумуфты).

Длина свободного хода ползуна равна L (при полном сжатии пружины).

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 соединений 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.3)

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_iP (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, представляющим собой втулку с винтовой внутренней поверхностью и шлицевой наружной поверхностью с установленной винтовой пружиной между торцевыми поверхностями упора винтового вала и торцевой поверхностью ползуна.

На фиг.2 приведен чертеж муфты с ползуном, представляющим собой втулку с винтовой наружной поверхностью и шлицевой внутренней поверхностью.

На фиг.3 приведен график зависимости частоты вращения ведущего вала от времени.

Муфта (см. фиг.1) содержит две концентричные полумуфты 1 и 2, ползун 3, представляющий собой втулку, наружная поверхность которой шлицевая 4, а внутренняя винтовая 5. Полумуфта 1 выполнена в виде винтового вала 6, снабженного упором 7. Полумуфта 2 выполнена в виде шлицевой втулки 8. При этом свободный ход ползуна равен L (при полном сжатии пружины).

Муфта может содержать между торцевой поверхностью упора 7, на которой установлен опорный подшипник 9, винтового вала 6 и торцевой поверхностью 10 ползуна 3 упругий элемент, например винтовую пружину 11.

Муфта может содержать между внутренней торцевой поверхностью 12 шлицевой втулки 8 и торцевой поверхностью 13 ползуна 3 упругий элемент, например винтовую пружину. При этом усилие сжатой пружины будет приложено к опорным подшипникам 14 и 15, на которых установлены полумуфты 1 и 2 соответственно.

Муфта (см. фиг.2) содержит две концентричные полумуфты 16 и 17, ползун 18, представляющий собой втулку, наружная поверхность которой винтовая 19, а внутренняя - шлицевая 20. Полумуфта 16 выполнена в виде винтовой втулки 21. Полумуфта 17 выполнена в виде шлицевого вала 22, снабженного упором 23. При этом свободный ход ползуна равен L.

Муфта может содержать между торцевой поверхностью упора 23 шлицевого вала 22 и торцевой поверхностью ползуна 18 упругий элемент, например винтовую пружину. При этом усилие сжатой пружины будет приложено к опорным подшипникам 24 и 25, на которых установлены полумуфты 16 и 17 соответственно.

Муфта может содержать между внутренней торцевой поверхностью 26, на которой установлен опорный подшипник, полумуфты 16 и торцевой поверхностью ползуна 18 упругий элемент, например винтовую пружину.

Все варианты исполнения муфт могут содержать цилиндрический корпус 27, в котором размещены с возможностью свободного вращения полумуфты и ползун.

Ведущая полумуфта, например полумуфта 2 (см. фиг.1), соединена с приводным двигателем, ведомая полумуфта, например полумуфта 1, 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 2 (см. фиг.1), ползун 3 своей внутренней винтовой поверхностью 5 наворачивается на винтовой вал 6 ведомой полумуфты 1 (или сворачивается с винтового вала полумуфты), а шлицевая поверхность 4 ползуна 3 перемещается продольно по шлицевой втулке 8 ведущей полумуфты 2. При достижении ползуном 3 своего крайнего положения (при достижении им упора) ползун 3 жестко соединяет ведущую 2 и ведомую 1 полумуфты. При этом за время, в течение которого ползун 3 перемещается по шлицевой втулке 8 ведущей полумуфты 2, двигатель (ведущая полумуфта) разгоняется до заданной скорости (см. фиг.3), при которой необходимо включение ведомого вала (ведомой полумуфты). Постоянное зацепление ползуна с ведущей и ведомой полумуфтами повышает надежность автоматического соединения ведущего и ведомого валов. Винтовая пружина 11 (см. фиг.1) снижает ударные нагрузки на торцевые поверхности ползуна и ведомой полумуфты.

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 одна полумуфта содержит винтовой вал, снабженный упором, а вторая содержит шлицевую втулку. Полумуфты связаны между собой концентричным ползуном, представляющим собой втулку, внутренняя поверхность которой винтовая, а наружная - шлицевая, торцевые поверхности которого выполнены в виде упоров, 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. Между торцевыми поверхностями соответствующей полумуфты и ползуна может быть установлен упругий элемент. Второй вариант исполнения муфты содержит втулку, внутренняя поверхность которой шлицевая, а наружная - винтовая. Технический результат заключается в повышении надежности соединения ведущего и ведомого валов и расширении функциональных возможностей муфты. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Муфта, содержащая две концентричные полумуфты, отличающиеся тем, что одна полумуфта содержит винтовой вал, снабженный упором, вторая содержит шлицевую втулку, причем полумуфты связаны между собой концентричным ползуном, представляющим собой втулку, внутренняя поверхность которой винтовая, а наружная - шлицевая, торцевые поверхности которого выполнены в виде упоров, 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.

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.