МУФТА Российский патент 2008 года по МПК F16D43/20 F16D19/00 F16D9/00 F16D11/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводах тяжело нагруженных машин, агрегатов и станков, например, в металлопрокатных станах в качестве передач одностороннего действия.

Известна упругая муфта, содержащая концентрично расположенные внутреннюю и наружную полумуфты и размещенные между ними пружины, оси которых параллельны оси муфты, в которой каждый виток пружины имеет неподвижное соединение в точках касания с внутренней и наружной полумуфтами (RU, свидетельство полезной модели №3015. М. кл⁶. F16D 3/52. Упругая муфта / М.Н.Максимов, Л.И.Кондратьева, Н.М.Крушинская, Е.Н.Скворцова (RU). - Заявка №95114119/20. Заявлено 04.08.1995. Опубл. 16.10.1996, Бюл. №10 // Изобретения. Полезные модели. - 1996. - №10).

К недостаткам описанной муфты, несмотря на некоторую подвижность внутренней и наружной полумуфт, относятся ограниченные функциональные возможности и невозможность их разъединения при критических нагрузках.

Известна зубчатая компенсирующая муфта, выполненная в виде сопряженных зубчатых колес с одинаковым числом внешних и внутренних зубьев или в виде трех сопряженных деталей: ведущей и ведомой полумуфт и промежуточного звена в виде втулки с внутренними зубьями (см., например, А.Ф.Крайнев, Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - 2-е изд., перераб. и доп. - 560 с., ил. - С.125, рис.а и б).

К недостаткам описанной зубчатой муфты относятся невозможность безаварийного разъединения ведомого зубчатого колеса при критических нагрузках в приводе.

Известна также зубчатая сцепная муфта, выполненная в виде зубчатой пары внутреннего зацепления с одинаковым числом зубьев обоих колес, установленных с возможностью осевого перемещения колес, при этом для облегчения включения муфты зубья на колесах выполнены выступающими через один или через несколько зубьев таким образом, чтобы исключить вероятность торцевого упора выступающих зубьев (там же, стр.126, схема).

К недостаткам описанной зубчатой сцепной муфты относятся то, что после разъединения полумуфт необходимо вмешательство человека для приведения их в рабочее состояние.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту относится муфта свободного хода, содержащая внутреннюю и наружную обоймы и установленные между ними тела заклинивания в виде расположенных под углом к нормали обоймы упругих стержней, одни концы которых неподвижно закреплены в одной из обойм, а другие расположены в контакте с поверхностью другой обоймы, в которой концы упругих стержней, расположенные в контакте с обоймой, очерчены радиусом, равным радиусу поверхности этой обоймы, а угол наклона осей стержней к нормали обоймы в зоне их контакта не превышает угол трения (RU, патент №2079745. С1. МПК⁶ F16D 41/07. Муфта свободного хода / М.Н.Максимов, Л.И.Кондратьева, Н.М.Крушинская, Е.Н.Скворцова (RU). - Заявка №95119608/25. Заявлено 21.11.1995. Опубл. 20.05.1997, Бюл. №14 // Изобретения. Полезные модели. - 1997. - №14).

К недостаткам описанной муфты свободного хода относятся невозможность разрыва потока мощности в приводе ведомой полумуфты при критических нагрузках.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - разрыв потока мощности в приводе ведомой полумуфты при критических нагрузках и быстродействие муфты в рабочее состояние при снятии критической нагрузки.

Технический результат - передача больших крутящих моментов, высокая эксплуатационная надежность муфты, увеличение быстродействия и срока службы.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной муфте, содержащей внутреннюю и наружную обоймы и установленные между частями внутренней обоймой тела заклинивания в виде расположенных под углом к обоймам упругих стержней, согласно изобретению наружная обойма выполнена в виде полого цилиндра со стопорными и упорными кольцами в его полости на концевых участках, установленная в полости наружной обоймы с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между упорными кольцами внутренняя обойма выполнена в виде двух гильз, крайней и внутренней, взаимно сопряженных торцевыми участками, при этом между торцевыми участками крайней и внутренней гильз в цилиндрических выемках посредством поворотных осей с радиальными пазами тангенциально установлена, по меньшей мере, пара толкателей, торцы каждого толкателя выполнены полусферическими с радиусом этих сфер, равным радиусу сферы в углублении радиального паза поворотной оси, торцы каждого толкателя сопряжены с углублениями в пазах поворотных осей на торцевых участках крайней и внутренней гильз, и ведущей и ведомой полумуфт, установленных в полости крайней и внутренней гильз и сопряженных с ними внешними зубьями ведущей и ведомой полумуфт и внутренними зубьями крайней и внутренней гильз, размещенная в полости наружной обоймы крайняя гильза внутренней обоймы сопряжена с упорным кольцом и зубьями ведущей полумуфты, а внутренняя гильза внутренней обоймы сопряжена с зубьями ведомой полумуфты и с зафиксированными концами в наклонных к образующим поверхности внутренней гильзы пазах упругих стержней, при этом упругие стержни имеют возможность закручивания в цилиндрической полости наружной обоймы и изгиба, а их свободные концы сопряжены с упорным кольцом, размещенным рядом со вторым стопорным концом, при этом длина каждого указанного выше толкателя больше ширины зубьев ведомой полумуфты, а обратный ход крайней гильзы ограничен штифтом, размещенным в дополнительной цилиндрической выемке на торцевом участке внутренней гильзы.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показан диаметральный разрез муфты: крайняя и внутренняя гильзы внутренней обоймы сопряжены под воздействием предварительно нагруженных упругих стержней.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, положения толкателей в радиальных пазах поворотных осей внутренней гильзы при передаче номинальной величины крутящего момента с ведущей полумуфты на ведомую полумуфту.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2, положение одного из толкателей в углублениях радиальных пазов поворотных осей крайней и внутренней гильз, взаимно сопряженных предварительно нагруженными упругими стержнями, рабочий момент передачи номинального крутящего момента с ведущей полумуфты на крайнюю гильзу и с внутренней гильзы на ведомую полумуфту.

На фиг.4 - сечение В-В на фиг.1, положения свободных концов упругих стержней (при критических нагрузках на ведомой полумуфте) на упорном кольце, размещенном рядом со вторым стопорным кольцом.

На фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.2, положения толкателей между крайней и внутренней гильзами и внутренней гильзы относительно ведомой полумуфты при критической нагрузке (крайняя гильза и концы упругих стержней сопряжены между упорными кольцами на концевых участках наружной обоймы).

На фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.5, зафиксированное положение толкателя в углублениях радиальных пазов поворотных в цилиндрических выемках крайней и внутренней гильзы после вывода из зацепления зубьев внутренней гильзы с зубьями ведомой полумуфты.

На фиг.7 - сечение Е-Е на фиг.2, взаимные положения штифта, размещенного в дополнительной цилиндрической выемке на торцевом участке внутренней гильзы, и поворотных осей и толкателя. ограничивающие обратный ход крайней гильзы.

На фиг.8 - изображен диаметральный разрез муфты перед началом приведения внутренней гильзы в рабочее состояние после разрыва потока мощности при критической нагрузке на ведомой полумуфте.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Муфта содержит внутреннюю обойму 1 и наружную обойму 2 и установленные между ними тела заклинивания в виде расположенных под углом к обоймам 1 и 2 упругих стержней 3.

Наружная обойма 2 выполнена в виде полого цилиндра со стопорными кольцами 4 и 5 и упорными кольцами 6 и 7 в его полости на концевых участках. Внутренняя полость наружной обоймы 2 подвержена механической обработке. Стопорные кольца 4 и 5 размещены с возможностью демонтажа в кольцевых канавках прямоугольного сечения. Стопорные кольца 4, 5 выполнены сегментами. Каждый сегмент стопорного кольца 4 (5) зафиксирован - средствами крепления на внешней поверхности упорного кольца 6 (7). Упорные кольца 6 и 7 в полости наружной обоймы 2 размещены по скользящей посадке. Рабочие поверхности упорных колец 6 и 7 подвержены механической поверхностной обработке и закалке на глубину 0,5...0,6 мм до твердости 30...40 HRc.

Установленная в полости наружной обоймы 2 с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между упорными кольцами 6 и 7 внутренняя обойма 1 выполнена в виде двух соосных крайней и внутренней гильз 8 и 9. Гильзы 8 и 9 в полости наружной обоймы 2 смонтированы по скользящей посадке. Гильзы 8 и 9 с внутренней поверхностью наружной обоймы 2 сопряжены попарно выполненными посадочными поясками 10 и 11. Гильзы 8 и 9 взаимно сопряжены торцевыми участками 12 и 13. Между торцевыми участками 12 и 13 крайней гильзы 8 и внутренней гильзы 9 в цилиндрических выемках 14 (глухих цилиндрических отверстиях) посредством поворотных осей 15 с радиальными пазами 16 тангенциально установлена, по меньшей мере, пара толкателей 17. Торцы 18 и 19 каждого толкателя 17 выполнены полусферическими. Радиус сфер торцов 18 и 19 толкателя 17 выполнен равным радиусу сферы в углублении радиального паза 16. Ширина паза 16 в поворотных осях 14 и 15, при выполнении толкателей 17 из круга, равна диаметру толкателя 17. Толкатели 17 в своем сечении могут иметь квадрат, шестигранник или др., наиболее близкие к стандартным виды металлопроката.

В исходном положении гильз 8 и 9 муфты и при передаче нагрузок на приводимые во вращение тяжелонагруженные агрегаты торцы 18 и 19 каждого толкателя 17 сопряжены с углублениями в пазах 16 поворотных осей 15 на торцевых участках 11 и 12 крайней и внутренней гильз 8 и 9. Конструкция крайней гильзы 8 максимально унифицирована с конструкцией внутренней гильзы 9.

Внутреннюю обойму 1 дополняют зубчатые ведущая полумуфта 20 и ведомая полумуфта 21. Полумуфты 20 и 21 установлены в полости крайней гильзы 8 и внутренней гильзы 9. Полумуфты 20 и 21 сопряжены с гильзами 8 и 9 внешними зубьями 22 и 23 ведущей полумуфты 20 и ведомой полумуфты 21, соответственно, и внутренними зубьями 24 и 25 крайней гильзы 8 и внутренней гильзы 9. Размещенная в полости наружной обоймы 2 крайняя гильза 8 внутренней обоймы 1 сопряжена с упорным кольцом 6 и с зубьями 22 ведущей полумуфты 20. Внутренняя гильза 9 внутренней обоймы 1 сопряжена с зубьями 23 ведомой полумуфты 21 и с зафиксированными концами в наклонных пазах 26 упругих стержней 3. Пазы 26 на внешнем торце внутренней гильзы 9 выполнены наклонными к образующим (прямым) цилиндрической поверхности внутренней гильзы 9. Упругие стержни 3 имеют возможность закручивания в цилиндрической полости наружной обоймы 2 и изгиба. Свободные концы упругих стержней 3 сопряжены с упорным кольцом 7. Упорное кольцо 7 размещено рядом со вторым стопорным кольцом 5. Снабженный возможностью закручивания по спирали и изгиба в цилиндрической полости наружной обоймы 2 каждый упругий стержень 3 выполнен в виде пластины прямоугольного сечения из углеродистого металла. Пакет стержней 3 выполнен с одной установки и имеет строгий допуск по длине и ширине. Допуск стержней 2 по толщине принят на основе припусков прокатки листа (полосы). Пазы 26 на цилиндрической поверхности внутренней гильзы 9 выполнены под углом α (см. фиг.3) к образующей поверхности цилиндрической полости наружной обоймы 2 или внутренней гильзы 9. Упорные кольца 6, 7 и стопорные кольца 4, 5 выполнены взаимозаменяемыми.

Длина каждого указанного выше толкателя 17 больше ширины зубьев 23 ведомой полумуфты 21. Зубьям 22 и 23 ведущей и ведомой полумуфт 20 и 21 придана бочкообразная форма. Ведущая полумуфта 20 и ведомая полумуфта 21 могут быть беспрепятственно извлечены из гильз 8 и 9. Этому не препятствуют упорные кольца 6 и 7. Ведущая полумуфта 20 и ведомая полумуфта 21 размещены, например, на концах валов между источником мощностью (электродвигателем) и шестеренкой клети прокатного стана.

Обратный ход крайней гильзы 8 ограничен штифтом 27, размещенным в дополнительной цилиндрической выемке 28 на торцевом участке 13 внутренней гильзы 9 (см. фиг.2 и 7).

Наружная обойма 2 и внутренняя обойма 1 в сборе имеют возможность осевого смещения вдоль зубьев 22 и 23 ведущей 20 и ведомой 21 полумуфт.

Муфта работает следующим образом.

При передаче номинального крутящего момента с вала источника мощности на ведомый вал, например, шестеренной клети прокатного стана, ведущая полумуфта 20 своими внешними бочкообразными зубьями 22 передает тангенциальное усилие на внутренние зубья 24 крайней гильзы 8 внутренней обоймы 1. Тангенциальное усилие с крайней гильзы 8 через цилиндрические выемки 14 передается на поворотные оси 15. Одновременно с этим от каждого углубления в радиальном пазу 16 поворотной оси 15 усилие, составляющее передаваемый номинальный момент, передается на конец 19 толкателя 17, а им - на другой конец 18 толкателя 17 с полусферической поверхностью. Таким образом тангенциальное усилие с крайней гильзы 8 внутренней обоймы 1 передается толкателями 17 в полусферические углубления на конечных участках пазов 16 осей 15, размещенных в цилиндрических углублениях 14 внутренней гильзы 9 (см. фиг.1, 2, 3 и 7). Гильзы 8 и 9 торцевыми участками 12 и 13 взаимно поджаты под воздействием предварительно нагруженных упругих стержней 3. Одни концы стержней 3 зафиксированы в наклонных пазах 26 на торце внутренней гильзы 9, а другие их концы сопряжены с упорным кольцом 7 (см. фиг.1, 3, 4 и 7). Гильзы 8 и 9 и стержни 3 размещены в замкнутом пространстве внешней обоймы 2 между стопорными кольцами 4 и 5. Таким образом, крайняя гильза 8 и внутренняя гильза 9 упругими стержнями 3 поджаты к упорным кольцам 6 и 7, а толкатели 17 имеют минимальный угол наклона к сопряженным торцевым участкам 12 и 13 (см. фиг.1, 3 и 7). Далее передаваемый крутящий момент с внутренней гильзы 9 через ее зубья 25 передается на внешние зубья 23 ведомой полумуфты 21, приводя в движение валки прокатного стана.

При критических или разрушающих нагрузках, например при недостаточном разогреве слитка металла, валки прокатной клети не могут протянуть (сдеформировать) слиток. Вместе с прокатными валками и стального слитка между ними останавливается и ведомая полумуфта 21. Поступающий поток мощности (см. фиг.1-3) с ведущей полумуфты 20 передается через зубья 22 на зубья 24 крайней гильзы 8 внутренней обоймы 1. Так как ведомая полумуфта 21 на валу прокатного стана, а вместе с ней и ее внешние зубья 23 стали неподвижными, то резко возрастающее тангенциальное усилие на толкатели 17 приводит к тому, что каждый толкатель 16 своим полусферическим концом 19 начинает поворачиваться в полусферическом углублении радиального паза 16 поворотной оси 15 и одновременно вместе с крайней гильзой 8 поворачивается вокруг оси симметрии муфты, вращаясь на валу электродвигателя вместе с ведущей полумуфтой 20. Поворот толкателей 17 в пазах 16 осей 15 крайней гильзы 8 внутренней обоймы 1 приводит к смещению осей 15 в цилиндрических углублениях 14 и вместе с ними - внутренней гильзы 9 вдоль внешних зубьев 23 ведомой полумуфты 21. Таким образом, толкатели 17 сталкивают внутреннюю гильзу 9 в сторону упругих стержней 3, полностью освобождая зубья 23 ведомой полумуфты 21 (см. фиг.5). При расположении толкателей 17 параллельно оси муфты они в радиальных пазах 16 оппозитно вставших поворотных осей 15 в крайней гильзе 8 и внутренней гильзе 9 размещаются в «мертвое» положение и удерживают обе гильзы 8 и 9 в неподвижном положении внутри наружной обоймы 2. Толкатели 17 (см. фиг.5, 6, 8) удерживают крайнюю гильзу 8 и внутреннюю гильзу 9 во взаимном удалении, т.е. на расстоянии больше, чем ширина внешних зубьев 23 ведомой полумуфты 21, обеспечивая этим ее неподвижность. При критических нагрузках на ведомой полумуфте 21 ведущая полумуфта 20, крайняя гильза 8 внутренней обоймы 1, толкатели 17, внутренняя гильза 9 с упругими стержнями 3, упорными кольцами 6, 7 и стопорными кольцами 4, 5 имеют равные угловые скорости вращения. Далее выключают привод ведущей полумуфты 20. После снятия слитка стали с прокатных валков стана наружную обойму 2 смещают в сторону привода ведущей полумуфты 20 (см. фиг.8), совмещая до половины ширины с зубьев 25 ведомой полумуфты внутренними зубьями 25 внутренней гильзы 9. Штифты 27 (см. фиг.2 и 7) удерживают крайнюю гильзу 8 от обратного хода при неработающем приводе ведущей полумуфты 20. Далее включают через реверсивный пост дистанционного включения обратное направление вращения привода электропривода и ведущей полумуфты 20. Стержни 17 плавно выводятся из «мертвого» положения, а предельно напряженные упругие стержни 3 внутреннюю гильзу 9 надвигают своими внутренними зубьями 25 на внешние зубья 23 ведомой полумуфты 21 на половину их ширины и синхронно с этим крайняя гильза 8 своими внутренними зубьями 24 надвигается на внешние зубья 22 ведущей полумуфты 20 (см. последовательно фиг.8 и 1).

Таким образом, муфта окончательно приводится в рабочее состояние. Описанным приемом производится передача больших мощностей с ведущей полумуфты на ведомую полумуфту, обеспечивая их высокую эксплуатационную надежность, быстродействие разрыва потока мощности при критических и аварийных нагрузках, увеличение срока службы и снижение затрат труда и времени на повторное приведение муфты в рабочее состояние.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводах тяжелонагруженных машин, агрегатов и станков, например в металлопрокатных станах, в качестве передач одностороннего действия. Муфта содержит внутреннюю (1) и наружную (2) обоймы, тела заклинивания в виде упругих стержней (3), расположенных под углом к обоймам. Наружная (2) обойма выполнена в виде полого цилиндра со стопорными кольцами (4 и 5) и упорными (6 и 7) кольцами в его полости на концевых участках. В полости наружной (2) обоймы выполнена внутренняя (1) обойма с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между упорными (6 и 7) кольцами. Внутренняя (1) обойма выполнена в виде двух гильз: крайней (8) и внутренней (9), которые взаимно сопряжены торцевыми участками (12 и 13). Между торцевыми участками (12 и 13) крайней (8) и внутренней (9) гильз в цилиндрических выемках (14) посредством поворотных осей (15) с радиальными пазами тангенциально установлена пара толкателей (17). Торцы каждого толкателя (17) выполнены полусферическими с радиусом этих сфер, равным радиусу сферы в углублении радиального паза поворотной оси (15). При этом торцы каждого толкателя (17) сопряжены с углублениями в пазах поворотных осей (15) на торцевых участках (12 и 13) крайней (8) и внутренней (9) гильз. Ведущая (20) полумуфта установлена в полости крайней (8) гильзы и сопряжена с ней зубчатым зацеплением (22, 24). Ведомая (21) полумуфта установлена в полости внутренней (9) гильзы и сопряжена с ней зубчатым зацеплением (23, 25). В наклонных пазах (26) внутренней (9) гильзы зафиксированы упругие стержни (3), свободные концы которых сопряжены с упорным (7) кольцом, размещенным рядом со вторым стопорным кольцом (5). Упругие стержни (3) имеют возможность закручивания в цилиндрической полости наружной (2) обоймы и изгиба. Длина каждого указанного выше толкателя (17) больше ширины зубьев (23) ведомой (21) полумуфты. Обратный ход крайней (8) гильзы ограничен штифтом, размещенным в дополнительной цилиндрической выемке на торцевом (13) участке внутренней (9) гильзы. Технический результат заключается в возможности передачи больших крутящих моментов, повышении эксплуатационной надежности муфты, увеличении быстродействия и срока службы. 8 ил.

Муфта, содержащая внутреннюю (1) и наружную (2) обоймы и установленные между частями внутренней (1) обоймы тела заклинивания в виде упругих стержней (3), расположенных под углом к обоймам, отличающаяся тем, что наружная (2) обойма выполнена в виде полого цилиндра со стопорными (4 и 5) и упорными (6 и 7) кольцами в его полости на концевых участках, установленная в полости наружной (2) обоймы с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между упорными (6 и 7) кольцами внутренняя (1) обойма выполнена в виде двух гильз, крайней (8) и внутренней (9), взаимно сопряженных торцевыми участками (12 и 13), при этом между торцевыми участками (12 и 13) крайней (8) и внутренней (9) гильз в цилиндрических выемках (14) посредством поворотных осей (15) с радиальными пазами (16) тангенциально установлена, по меньшей мере, пара толкателей (17), торцы (18, 19) каждого толкателя (17) выполнены полусферическими с радиусом этих сфер, равным радиусу сферы в углублении радиального паза (16) поворотной оси (15), торцы (18, 19) каждого толкателя (17) сопряжены с углублениями в пазах (16) поворотных осей (15) на торцевых участках (12 и 13) крайней (8) и внутренней (9) гильз, и ведущей (20) и ведомой (21) полумуфт, установленных в полостях крайней (8) и внутренней (9) гильз и сопряженных с ними внешними (22, 23) зубьями ведущей (20) и ведомой (21) полумуфт и внутренними (24, 25) зубьями крайней (8) и внутренней (9) гильз, размещенная в полости наружной (2) обоймы крайняя (8) гильза внутренней (1) обоймы сопряжена с упорным кольцом (6) и зубьями (22) ведущей (20) полумуфты, а внутренняя (9) гильза внутренней (1) обоймы сопряжена с зубьями (23) ведомой (21) полумуфты и с зафиксированными концами в наклонных к образующим поверхности внутренней (9) гильзы пазах (26) упругих стержней (3), при этом упругие стержни (3) имеют возможность закручивания в цилиндрической полости наружной (2) обоймы и изгиба, а их свободные концы сопряжены с упорным (7) кольцом, размещенным рядом со вторым стопорным кольцом (5), при этом длина каждого указанного выше толкателя (17) больше ширины зубьев (23) ведомой (21) полумуфты, а обратный ход крайней (8) гильзы ограничен штифтом (27), размещенным в дополнительной цилиндрической выемке на торцевом (13) участке внутренней (9) гильзы.