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 относится то, что после разъединения полумуфт необходимо вмешательство человека для приведения их в рабочее состояние.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является 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 относится 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 приведения 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, включающей внутреннюю и наружную обоймы, упругие стержни и установленные между частями внутренней обоймы тела заклинивания, 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, со стороны сопряженных торцевых участков крайней и внутренней гильз на наружной цилиндрической поверхности выполнены равной глубины и треугольной формы выборки, причем длинная сторона выборки совмещена с сопрягаемым торцевым участком гильзы, а две другие грани взаимно сопряжены по дуге окружности, в образовавшихся нишах крайней и внутренней гильз под углом к плоскости сопряжения торцевых участков тангенциально установлена, по меньшей мере, пара тел заклинивания, каждое тело в виде дугообразной упругой стальной полосы с закругленными концами ортогонально сопряжено с короткими гранями выборок на внешней цилиндрической поверхности крайней и внутренней гильз и ведущей и ведомой полумуфт, установленных в полостях 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 концами предварительно нагруженных упругих стержней и с зубьями ведомой полумуфты, при этом упругие стержни сопряжены посредством локальных выборок с торцевым участком внутренней гильзы и упорным кольцом, размещенным со вторым стопорным кольцом, при этом длина каждого указанного выше тела заклинивания больше ширины зубьев ведомой полумуфты; радиус закругления концов упругой стальной полосы в качестве тела заклинивания выполнен равным радиусу дуги окружности сопрягаемых граней выборки; внешний радиус кривизны дугообразной упругой стальной полосы в качестве тела заклинивания выполнен равным половине внутреннего диаметра полости наружной обоймы; тела заклинивания выполнены взаимозаменяемыми с упругими стержнями.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен диаметральный разрез муфты с исходным положением тел заклинивания между крайней и внутренней гильзами.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, поперечный разрез муфты с телом заклинивания в виде дугообразной упругой стальной полосы с закругленными концами между внешней и внутренней обоймами.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2, размещение в нише между крайней и внутренней гильз тела заклинивания в виде упругой дугообразной стальной полосы и его сопряжение закрепленными концами с короткими гранями выборки, вид в плане.

На фиг.4 - кинематика тела заклинивания при критической нагрузке на внутренней гильзе муфты.

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

Муфта (см. фиг.1-3) содержит внутреннюю обойму 1 и наружную обойму 2, упругие стержни 3 и установленные между частями внутренней обоймы 1 тела заклинивания 4.

Наружная обойма 2 выполнена в виде полого цилиндра со стопорными кольцами 5 и упорными кольцами 6 в ее полости на концевых участках. Внутренняя полость наружной обоймы 2 подвержена чистовой механической обработке. Торцы обоймы 2 подрезаны и сняты фаски соответствующих размеров. Под стопорные кольца 5 выполнены канавки прямоугольного сечения. Как правило, на муфтах для передачи больших крутящих моментов (от 500 Нм до 10⁶ Нм) стопорные кольца 5 выполнены в виде сегментов и средствами крепления закреплены на боковых поверхностях упорных колец 6 с их внешних сторон. Упорные кольца 6 в полости наружной обоймы 2 смонтированы по скользящей посадке и имеют возможность демонтажа.

Установленная в полости наружной обоймы 1 с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между упорными кольцами 6 внутренняя обойма 1 выполнена в виде двух гильз 7 и 8: крайней 7 и внутренней 8. Крайняя гильза 7 с внутренней гильзой 8 взаимно сопряжены в исходном положении торцевыми участками 9 и 10. Со стороны сопряженных торцевых участков 9 и 10 крайней гильзы 7 и внутренней гильзы 8 на наружной цилиндрической поверхности 11 и 12 выполнены равной глубины и треугольной формы выборки 13 и 14 (см. фиг.3). Длинная сторона выборки 13 совмещена с торцевым участком 9 крайней гильзы 7, а длинная сторона выборки 14 - с торцевым участком 10 внутренней гильзы 8. Две другие грани 15 и 16 выборки 13 (14) взаимно сопряжены по дуге окружности с радиусом r. В образовавшихся нишах в крайней гильзе 7 и внутренней гильзе 8 под углом к плоскости сопряжения торцевых участков 9 и 10 тангенциально установлена, по меньшей мере, пара тел заклинивания 4. Каждое тело заклинивания 4 в виде дугообразной упругой стальной полосы сечением b и h (см. фиг.3) с закругленными концами 17 и 18 ортогонально сопряжено с короткими гранями 15 выборок 13 и 14 на внешних цилиндрических поверхностях 11 и 12 гильз 7 и 8. Выборки 13 и 14 выполнены на цилиндрических поверхностях 11 и 12 между проточками, образующими опорные пояски 19 и 20. Опорными поясками 19 и 20 крайняя гильза 7 и внутренняя гильза 8 имеют возможность вращаться в полости наружной обоймы 2 и смещаться вдоль ее оси симметрии. Радиус r закругления концов 17 и 18 стальной полосы в качестве тела заклинивания 4 выполнен равным радиусу r дуги окружности сопрягаемых граней 15 и 16. Внешний радиус R (см. фиг.2) кривизны дугообразной упругой стальной полосы в качестве тела заклинивания 4 выполнен равным половине внутреннего диаметра полости наружной обоймы 2.

Внутреннюю обойму 1 дополняют зубчатые ведущая полумуфта 21 и ведомая полумуфта 22. Полумуфты 21 и 22 установлены в полости крайней гильзы 7 и внутренней гильзы 8. Полумуфты 21 и 22 сопряжены с гильзами 7 и 8 внешними зубьями 23 и 24 ведущей полумуфты 21 и ведомой полумуфты 22, соответственно, и внутренними зубьями 25 и 26 крайней гильзы 7 и внутренней гильзы 8.

Размещенная в полости наружной обоймы 2 крайняя гильза 7 внутренней обоймы 1 сопряжена с первым упорным кольцом бис зубьями 23 ведущей полумуфты 21. Внутренняя гильза 8 внутренней обоймы 1 сопряжена с концами 27 предварительно нагруженных упругих стержней 3 и с зубьями 24 ведомой полумуфты 22. Упругие стержни 3 своими концами 27 и 28 сопряжены посредством локальных выборок 29 и 30 с торцевым участком внутренней гильзы 8 в полости внутренней обоймы 1 и упорным кольцом 6, размещенным рядом со вторым стопорным кольцом 5. Длина каждого указанного тела заклинивания 4 выполнена большей на 10...15%, чем ширина зубьев 24 ведомой полумуфты 22. Тела заклинивания 4 выполнены взаимозаменяемыми с упругими стержнями 3. В качестве упругих стержней 4 могут быть приняты и другие упругие элементы, обеспечивающие ход внутренней гильзы 8 в заданном диапазоне перемещений и силовых нагрузок. Крайняя гильза 7 кольцевым пояском 28 сопряжена с первым упорным кольцом 6 и может скользить по внутренней боковой поверхности кольца 6.

Муфта работает следующим образом.

Работу заявленной муфты рассмотрим на трех характерных случаях: при передаче номинальной величины крутящего момента; при предельных величинах крутящего момента (аварийных ситуациях); при снятии критической нагрузки и приведении муфты в исходное положение внутренней гильзы.

При передаче номинального крутящего момента с вала источника мощности на ведущий вал, например, шестеренной клети прокатного стана, ведущая полумуфта 21 своими внешними бочкообразными зубьями 23 передает на заданном радиусе тангенциальное усилие на внутренние зубья 25 крайней гильзы 7 внутренней обоймы 1. Тангенциальное усилие с крайней гильзы 7 через тела заклинивания 4 передается на внутреннюю гильзу 8. Одним концом 17 тело заклинивания 4 (см. фиг.3) опирается в короткую грань 15 выборки 13 внутренней гильзы 7 и передает толкающее усилие на другой конец 18 указанного тела заклинивания 4, ортогонально сопряженного с короткой гранью 15 выборки 14 на цилиндрической поверхности 12 внутренней гильзы 8. Боковая составляющая толкающей силы ориентирована параллельно оси муфты и компенсируется (уравновешивается) осевыми усилиями предварительно сжатых упругих стержней 3 на другом торцевом участке внутренней гильзы 8. Таким образом телом заклинивания 4 тангенциальное усилие с крайней гильзы 7 передается на внутреннюю гильзу 8, а с ее внутренних зубьев 26 - на внешние зубья 24 ведомой полумуфты 22. Полумуфты 21 и 22 за счет бочкообразной формы и зазоров в парах зубьев 23-25 и 24-26 обеспечивают компенсацию несоосности установки валов источника мощности и прокатной клети.

При критических нагрузках, например при недостаточном разогреве слитка металла, валки прокатной клети не могут протянуть (прокатать) слиток. Вместе с валками прокатной клети останавливается и ведомая полумуфта 22. Поступающий непрерывно поток мощности с ведущей полумуфты 21 передается через наружные зубья 23 на внутренние зубья 25 крайней гильзы 7. Ведущая полумуфта 21 вместе с крайней гильзой 7 вращаются вокруг оси симметрии муфты при остановленных внутренней гильзе 8, ведомой полумуфте 22 и наружной обойме 1. Это вращение (см. фиг.1) приводит к тому, что в каждые единицы времени (Δt) образующие цилиндрической поверхности 11: 1-1', 2-2'', 3-3', 4-4', 5-5', 6-6', 7-7', 8-8', 9-9', 10-10'', 11-11'', 12-12', 13-13' - фиксируют свое перемещение в направлении S₁, совпадающем с направлением вращения с гранью полумуфты 21. Закругленный конец 17 тела заклинивания 4 с гранью 15 крайней гильзы 7 сопряжен в точке а₁ на участке а₁-b₁. Другой закругленный конец 18 тела заклинивания 4 в точке d₁ сопряжен с короткой гранью 15 на участке pd₁. Осевая линия a₁d₁ перпендикулярна к граням 15 крайней и внутренней гильз 7, 8 (a₁d₁⊥a₁b₁ и a₁d₁⊥pd₁). Осевая линия a₁d₁ тела 4 наклонена с минимальным углом к следу плоскости сопряжения mn торцевых участков 9 и 10 крайней и внутренней гильз 7 и 8. На фиг.4 последовательно показано перемещение конца 18 тела заклинивания 4 по короткой грани 15 в выборке 13 и перемещение внутренней гильзы 8 в направлении S₂, параллельном внешним зубьям 24 ведомой полумуфты 22. При положении тела заклинивания 4 на образующей а₁₁-d₁₁ оно своими концами 17 и 18 встало в закругленных участках выборок 13 и 14 и тем самым своими заостренными концами зафиксировало внутреннюю гильзу 8 неподвижно относительно крайней гильзы 7.

При таком положении гильз 7 и 8 внутренние зубья 26 внутренней гильзы 8 внутренней обоймы 1 полностью выведены из зацепления с внешними зубьями 24 ведомой полумуфты 22. Упругие стержни 3 своими концами 27 и 28, зафиксированные в локальных углублениях 26 внутренней гильзы 8 и локальных углублениях 30 упорного кольца 6, вращаются вместе с наружной обоймой 2, внутренней гильзой 8, телами заклинивания 4, крайней гильзой 7, упорным кольцом 6 и ведущей полумуфтой 21 как одно целое.

Для удаления непрогретого стального слитка из межвалкового пространства прокатной клети внешнюю обойму 2 смещают в сторону источника мощности на половину ширины зубьев 24 ведомой полумуфты 22. Затем включают реверсивный привод вала источника мощности, при этом изменяя направление движения. При страгивании ведущей и ведомой полумуфт 21, 22 стальной слиток выталкивается из межвалкового пространства стана. Ведущая полумуфта 21 начинает перемещение, обратное направлению S₁, показанному символом на фиг.4. За счет осевого усилия нагруженных упругих стержней 3 внутренняя гильза 8, удерживаемая телами заклинивания 4, начинает перемещение в направлении крайней полумуфты 7 и одновременно с этим движением внешняя обойма 2 смещается в сторону ведомой полумуфты 22. Таким образом, без вмешательства человека и дополнительных механизмов заявленная муфта приведена в рабочее состояние для повторного включения в заданном направлении вращения ведомой полумуфты 22.

Представленные сведения показывают достижение указанного выше технического результата: возможность обеспечения разрыва потока мощности при предельных нагрузках, повышение ее эксплуатационной надежности, быстродействие при критических режимах и переводе подвижных частей в исходное рабочее состояние. Муфта при минимальных габаритных размерах обеспечит передачу большой величины крутящего момента, унификацию деталей и компенсацию несоосностей ведущего и ведомого валов электромеханического привода.

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. Муфта содержит внутреннюю (1), наружную (2) обоймы, упругие стержни и тела заклинивания, установленные между частями внутренней (1) обоймы. Наружная (2) обойма выполнена в виде полого цилиндра со стопорными (5) и упорными (6) кольцами в ее полости на концевых участках. Внутренняя (1) обойма выполнена в виде двух гильз, крайней (7) и внутренней (8), и установлена в полости наружной (2) обоймы с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между упорными (6) кольцами. Крайняя (7) и внутренняя (8) гильзы взаимно сопряжены торцевыми участками (9 и 10). Со стороны сопряженных торцевых участков крайней (7) и внутренней (8) гильз на наружной цилиндрической поверхности выполнены равной глубины и треугольной формы выборки. Длинная сторона выборки совмещена с сопрягаемым торцевым участком гильзы, а две другие грани взаимно сопряжены по дуге окружности. В образовавшихся нишах крайней (7) и внутренней (8) гильз под углом к плоскости сопряжения торцевых участков (9 и 10) тангенциально установлена пара тел заклинивания (4). Каждое тело в виде дугообразной упругой стальной полосы (4) с закругленными концами ортогонально сопряжено с короткими гранями выборок на внешней цилиндрической поверхности крайней (7) и внутренней (8) гильз. Ведущая (21) и ведомая (22) полумуфты установлены в полостях крайней (7) и внутренней (8) гильз и сопряжены с ними внешними зубьями (23, 24) ведущей (21) и ведомой (22) полумуфт и внутренними зубьями (25, 26) крайней (7) и внутренней (8) гильз. Крайняя (7) гильза внутренней (1) обоймы размещена в полости наружной (2) обоймы и сопряжена с упорным кольцом (6) и зубьями ведущей (21) полумуфты. Внутренняя (8) гильза внутренней (1) обоймы сопряжена с концами (27, 28) предварительно нагруженных упругих стержней (3) и с зубьями ведомой (22) полумуфты. При этом упругие стержни (3) сопряжены посредством локальных выборок (29, 30) с торцевым участком внутренней (8) гильзы и упорным кольцом (6), размещенным рядом со вторым стопорным кольцом (5). Длина каждого указанного выше тела заклинивания (4) больше ширины зубьев (24) ведомой (22) полумуфты. Технический результат заключается в возможности передачи больших крутящих моментов, повышении эксплуатационной надежности муфты, увеличении быстродействия и срока службы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Муфта, содержащая внутреннюю (1) и наружную (2) обоймы, упругие стержни и установленные между частями внутренней (1) обоймы тела заклинивания, отличающаяся тем, что наружная (2) обойма выполнена в виде полого цилиндра со стопорными (5) и упорными (6) кольцами в ее полости на концевых участках, установленная в полости наружной (2) обоймы с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между упорными (6) кольцами внутренняя (1) обойма выполнена в виде двух гильз, крайней (7) и внутренней (8), взаимно сопряженных торцевыми участками (9 и 10), со стороны сопряженных торцевых участков крайней (7) и внутренней (8) гильз на наружной цилиндрической поверхности выполнены равной глубины и треугольной формы выборки (13), причем длинная сторона выборки (13) совмещена с сопрягаемым торцевым участком гильзы, а две другие грани взаимно сопряжены по дуге окружности, в образовавшихся нишах крайней (7) и внутренней (8) гильз под углом к плоскости сопряжения торцевых участков (9 и 10) тангенциально установлена, по меньшей мере, пара тел заклинивания (4), каждое тело в виде дугообразной упругой стальной полосы (4) с закругленными концами ортогонально сопряжено с короткими гранями выборок (13) на внешней цилиндрической поверхности крайней (7) и внутренней (8) гильз и ведущей (21) и ведомой (22) полумуфт, установленных в полостях крайней (7) и внутренней (8) гильз и сопряженных с ними внешними зубьями (23, 24) ведущей (21) и ведомой (22) полумуфт и внутренними зубьями (25, 26) крайней (7) и внутренней (8) гильз, размещенная в полости наружной (2) обоймы крайняя (7) гильза внутренней (1) обоймы сопряжена с упорным кольцом (6) и зубьями ведущей (21) полумуфты, а внутренняя (8) гильза внутренней (1) обоймы сопряжена с концами предварительно нагруженных упругих стержней (3) и с зубьями ведомой (22) полумуфты, при этом упругие стержни (3) сопряжены посредством локальных выборок (29, 30) с торцевым участком внутренней (8) гильзы и упорным кольцом (6), размещенным рядом со вторым стопорным кольцом (5), при этом длина каждого указанного выше тела заклинивания (4) больше ширины зубьев (24) ведомой (22) полумуфты.2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что радиус закругления концов упругой стальной полосы (4) в качестве тела заклинивания выполнен равным радиусу дуги окружности сопрягаемых граней выборки (13).3. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что внешний радиус кривизны дугообразной упругой стальной полосы (4) в качестве тела заклинивания выполнен равным половине внутреннего диаметра полости наружной (2) обоймы.4. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что тела заклинивания (4) выполнены взаимозаменяемыми с упругими стержнями (3).