ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ 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 предохранительная муфта, содержащая корпус, в котором размещен механизм регулирования предельного момента, а также пакет фрикционных дисков, поджимаемых пружиной, упирающейся в кольцо, соединенное с тягой, расположенной внутри вала, в которой, с целью повышения точности настройки, механизм регулирования выполнен в виде винта с закрепленной на нем втулкой с торцевыми кулачками, сцепляющимися с кулачками, предусмотренными на торце вала, снабженного фиксирующим устройством; фиксирующее устройство выполнено в виде подпружиненного стержня, входящего с зацепление с зубчатым венцом, предусмотренным на валу (SU, авторское свидетельство №257946, МПК F16D 43/20. Предохранительная муфта, 20.11.1969).

К недостаткам описанной муфты применительно к решаемой нами задаче - разрыв потока большой мощности в тяжело нагруженных приводах при критических нагрузках и быстродействие муфты - относятся низкая эксплуатационная надежность привода, недопустимое буксование фрикционных дисков при передаче больших величин крутящего момента и невозможность быстрого отключения муфты при аварийных ситуациях.

Известна также предохранительная муфта, содержащая ведущий вал с двумя участками разнонаправленной резьбы, несущие две гайки, между которыми помещена пружина, а также охватывающий ее ведомый вал со шлицами на внутренней поверхности, в которой, с целью повышения плавности включения и чувствительности к ударным нагрузкам, она снабжена шариками и обоймами, а гайки смонтированы свободно внутри ведомого вала, обоймы установлены на шлицах вала, связаны одним торцом с пружиной и имеют на другом торце углубления для шариков, а последние размещены между обращенными друг к другу торцами обойм и гаек (SU, авторское свидетельство №593027, МПК F16D 43/20. Предохранительная муфта, 15.02.1978).

К недостаткам описанной муфты относятся невозможность быстрого отключения ведущего вала от ведомого вала при предельных или критических нагрузках.

Кроме описанных известна фрикционная предохранительная муфта, содержащая ведущую и ведомую полумуфты, соединенные подпружиненными фрикционными дисками, и механизм выключения в виде двуплечего рычага, одним концом связанного шарнирно с ведущей полумуфтой, а другим концом - шарнирно с тягой управления, в которой, с целью повышения надежности, рычаг выполнен составным в виде диска с выпуклой торцевой поверхностью, очерченной по радиусу, и с центральным отверстием и стержня, установленного в отверстии диска и подпружиненного к ведущей полумуфте; стержень соединен с ведущей полумуфтой посредством сферического шарнира (SU, авторское свидетельство №991080, МПК F16D 43/20, F16D 7/02. Фрикционная предохранительная муфта, 23.01.1983).

К недостаткам описанной фрикционной предохранительной муфты, несмотря на схожесть решаемой проблемы, относятся низкое быстродействие при разрыве потока мощности, большие габаритные размеры, чрезмерное усложнение конструкции и низкая эксплуатационная надежность.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - исключение аварийных ситуаций в приводах тяжело нагруженных агрегатов и прокатных станах.

Технический результат - повышение эксплуатационной надежности привода.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной предохранительной муфте, содержащей внутреннюю и наружные обоймы и установленные между частями внутренней обоймы тела заклинивания, согласно изобретению наружная обойма выполнена в виде полого цилиндра с кольцевой проточкой в средней части, со стопорными и упорными кольцами, с сопряженными с упорными кольцами и шлицами полого цилиндра в его полости на концевых участках ведущим и ведомым дисками, установленная в полости наружной обоймы с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между ведущим и ведомым дисками внутренняя обойма выполнена в виде ведущей и ведомой гильз, взаимно сопряженных витками упругого элемента, размещенного между внутренними торцевыми участками ведущей и ведомой гильз, при этом между внешними торцевыми участками в углублениях гильз и цилиндрических отверстиях сопряженных с ними ведущего и ведомого дисков установлены по крайней мере две пары тел заклинивания в виде шаров, и ведущей и ведомой полумуфт, установленных в полостях ведущей и ведомой гильз и сопряженных с ними внешними зубьями ведущей и ведомой полумуфт и внутренними зубьями ведущей и ведомой гильз, сопряженная направляющим пояском с полостью наружной обоймы каждая гильза снабжена многозаходной резьбой с большим углом подъема витков резьбы, при этом у ведущей гильзы резьбовой участок выполнен на внешней цилиндрической части над внутренними зубьями, а у ведомой гильзы - в цилиндрической полости, смещенной от ее внутренних зубьев в сторону ведущей гильзы, к тому же торцевой участок внешней цилиндрической части ведущей гильзы и торцевой участок цилиндрической полости ведомой гильзы имеют плоскость разъема в виде конической поверхности, а длина указанных резьбовых участков ведущей гильзы и ведомой гильзы больше ширины внешних зубьев ведущей полумуфты, в кольцевой канавке на цилиндрической поверхности сопряжения направляющего пояска и ведущей гильзы размещено упругое кольцо прямоугольного сечения, имеющее возможность сопряжения с кольцевой проточкой в средней части для фиксации ведущей гильзы в полости наружной обоймы.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен диаметральный разрез предохранительной муфты с расположением левой и правой гильз на ведущей и ведомой полумуфтах при передаче номинальной величины крутящего момента.

На фиг.2 - то же, положения сопрягаемых частей левой и правой гильз при критической нагрузке на ведомой полумуфте.

На фиг.3 - то же, заблокированные положения левой и правой гильз при снятии разрушающей нагрузки с ведомой полумуфты.

На фиг.4 - сечение А-А на фиг.1, поперечный разрез ведущего диска с телами заклинивания левой гильзы и шлицевое соединение с наружной обоймой.

На фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.1, положения тел заклинивания в углублениях между левой гильзой и ведущим диском и между ведомым диском и правой гильзой при передаче номинальной величины крутящего момента.

На фиг.6 - место В на фиг.2, момент сопряжения многозаходных витков резьб левой гильзы и правой гильзы предохранительной муфты.

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

Предохранительная муфта (см. фиг.1-3) содержит внутреннюю обойму 1 и наружную обойму 2. Между частями внутренней обоймы 1 установлены тела 3 заклинивания, например в виде шаров.

Наружная обойма 2 выполнена в виде полого стального цилиндра с чистовой механической обработкой торцевых и внутренней поверхностей. В полости наружной обоймы 2 в ее средней части выполнена кольцевая проточка 4 с заходной фаской. На концевых участках в полости наружной обоймы 2 размещены по скользящей посадке стопорные кольца 5 и упорные кольца 6. Стопорные кольца 5 в концевых участках наружной обоймы 2 зафиксированы конусными штифтами 7 с конусностью каждого, направленной от оси вращения муфты. Конструкцию наружной обоймы 2 завершают ведущий диск 8 и ведомый диск 9. Диски 8 и 9 сопряжены с упорными кольцами 6 и шлицами 10 полого цилиндра наружной обоймы 2. В каждом диске 8 и 9 в диаметральной плоскости выполнены цилиндрические отверстия 11 для размещения тел 3 заклинивания (см. фиг.4).

Установленная в полости наружной обоймы 2 с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между ведущим диском 8 и ведомым диском 9 внутренняя обойма 1 выполнена в виде ведущей гильзы 12, ведомой гильзы 13 и упругого элемента 14 в виде витков цилиндрической пружины сжатия.

Каждая гильза 12 (13) внутренней обоймы 1 имеет направляющий поясок 15 для сопряжения с обработанной поверхностью полости наружной обоймы 2 и внешнюю торцевую поверхность 16, и внутреннюю торцевую поверхность 17. Внутренней торцевой поверхностью 17 ведущая гильза 12 посредством витков упругого элемента 14 сопряжена с внутренней торцевой поверхностью 17 ведомой гильзы 13. Упругий элемент 14 размещен между наружной обоймой 2 и внутренней обоймой 1 и не препятствует взаимным осевым перемещениям гильз 12 и 13 в полости наружной обоймы 2.

Между внешними торцевыми поверхностями 16 в углублениях 18 гильз 12 и 13 и цилиндрических отверстиях 11 ведущего диска 8 и ведомого диска 9 установлены по крайней мере две пары тел 3 заклинивания в форме шара (см. фиг.5). Углубления 18, имеющие форму капли воды, в гильзах 12 и 13 выполнены таким образом, что скосы 19 (см. фиг.5) при скольжении по поверхности тел 3 заклинивания смещают гильзы 12 и 13 в полость наружной обоймы 2 в одном случае на половину диаметра шара, а в другом - на величину диаметра шара.

Муфта имеет ведущую полумуфту 20 и ведомую полумуфту 21. Ведущая полумуфта 20 размещена на валу источника мощности тяжело нагруженного привода. Ведомая полумуфта 21 смонтирована на валу прокатной клети. Полумуфты 20 и 21 установлены в полостях ведущей гильзы 12 и ведомой гильзы 13, соответственно. Внешними зубьями 22 и 23 ведущая и ведомая полумуфты 20, 21 сопряжены с внутренними зубьями 24 и 25 ведущей и ведомой гильз 12, 13.

Каждая гильза 12 (13) снабжена многозаходной резьбой 26 с большим углом α (см. фиг.1 и 2) подъема витков резьбы 26. У ведущей гильзы 12 резьбовой участок 27 выполнен на внешней цилиндрической части над внутренними зубьями 24. У ведомой гильзы 13 резьбовой участок 28 образован в цилиндрической полости, смещенной от ее внутренних зубьев 25 в сторону ведущей гильзы 12. Торцевой участок 29 внешней цилиндрической части ведущей гильзы 12 и торцевой участок 30 цилиндрической полости ведомой гильзы 13 имеют плоскость разъема в виде конической поверхности, образующая 31 этой поверхности наклонена к оси симметрии муфты под углом β (см. фиг.6).

Длина резьбовых участков 27 и 28 ведущей гильзы 12 и ведомой гильзы 13 выполнена больше, чем ширина внешних зубьев 22 ведущей полумуфты 12. Внешним зубьям 22 и 23 ведущей и ведомой полумуфт 20 и 21 придана бочкообразная форма. Диаметр отверстия в упорных кольцах 6 и дисков 8, 9 выполнен равным внутреннему диаметру на заходной части гильз 12 и 13 или по диаметрам выступов зубьев 22 и 23 полумуфт 20 и 21.

В кольцевой канавке на цилиндрической поверхности сопряжения направляющего пояска 15 с полостью наружной обоймы 2 ведущей гильзы 12 размещено упругое упорное кольцо 31 прямоугольного сечения. Упругое кольцо 31 с ведущей гильзой 12 имеют возможность фиксации в кольцевой проточке 4 в средней части полости наружной обоймы 2 (см. фиг.3).

Предохранительная муфта работает следующим образом.

При передаче номинальной величины крутящего момента мощность от ведущего вала, например электродвигателя, поступает на ведущую полумуфту 20, размещенную своими внешними зубьями 22 в зацеплении с внутренними зубьями 24 ведущей гильзы 12. За счет упругих сил предварительно деформированных (сжатых) витков упругого элемента 14 внешней торцевой поверхностью 16 ведущая гильза 12 прижата к поверхности ведущего диска 8 (см. фиг.1). По крайней мере два тела 3 заклинивания расположены в цилиндрических отверстиях 11 ведущего диска 8 и в углублении 16 ведущей гильзы 12 внутренней обоймы 1 (см. фиг.5). Тангенциальное усилие от передаваемого момента на плече размещения тел 3 заклинивания от оси вращения муфты скосами 19 углублений 18 передается через отверстия 11 на ведущий диск 8. Шлицевыми выступами ведущего диска 8 крутящий момент от ведущей полумуфты 20 передается на внутренние шлицы 10 наружной обоймы 2. Полый цилиндр наружной обоймы 2, работая на кручение и растяжение, передает крутящий момент сил на шлицы 10 с другого конца обоймы 2 на выступы ведомого диска 9. Тангенциальное усилие с ведомого диска 9 телами 3 заклинивания переносится на углубления 18 ведомой гильзы 13 внутренней обоймы 1 (см. последовательно фиг.1 и 5). Ведомая гильза 13, поджатая внешней торцевой поверхностью 16 витками упругого элемента 14 к плоскости ведомого диска 9, вращается с равной угловой скоростью с ведущей гильзой 12, ведущим диском 2, наружной обоймой 2, упругим элементом 14, упорными и стопорными кольцами 6 и 5 и передает крутящий момент сил своими внутренними зубьями 25 на внешние зубья 23 ведомой полумуфты 21, установленной на цапфе прокатного стана. Таким образом ведомая полумуфта 21 обеспечивает синхронное вращение валков прокатной клети при номинальной величине передаваемой мощности.

При подаче в межвалковое пространство клети недостаточно прогретого слитка металла во всем объеме (менее 800°С) валки прокатного стана не способны деформировать всю толщу металла и заклиниваются слитком. Ведомая полумуфта 21 вместе с валом прокатного стана встают в неподвижном положении. При этом в силу конструктивной особенности углубления 18 на внешней торцевой поверхности 16 ведомой гильзы 13 (см. фиг.5) тела 3 заклинивания в отверстиях 11 ведомого диска 9 остаются неподвижными, а вместе с диском 9 остаются в состоянии покоя наружная обойма 2, стопорное кольцо 5, упорное кольцо 6 и ведущий диск 8 с телами 3 заклинивания в отверстиях 11 дисков.

Так как источник мощности мгновенно не может быть остановлен как в силу маховых моментов, так и в силу значительного запаса предельной мощности, ведущая полумуфта 20 своими внешними зубьями 22 вращает вокруг оси симметрии муфты внутренними зубьями 24 ведущую гильзу 12. За счет скосов 19 углублений 18 ведущей гильзы 12 внутренней обоймы 1 ее внешняя торцевая поверхность 16 отходит от ведущего диска 8. В этом случае ведущая гильза 12 своими внутренними зубьями 24 сдвигается вдоль внешних зубьев 22 ведущей полумуфты 12 в направлении ведомой полумуфты 13 (см. фиг.2). При сдвиге ведущей полумуфты 12 в сторону ведомого диска 9 витки упругого элемента 14 сжимаются с большей силой, а при перемещении ведущей гильзы 12 на величину половины диаметра тела 3 заклинивания (см. фиг.2) торец 29 ведущей гильзы 12 с многозаходной резьбой 26 входит в контакт с торцом 30 к резьбовым участкам 28 в полость ведомой гильзы 13 за счет сопрягаемых конических поверхностей на торцах 29 и 30 гильз 12 и 13. Этого осевого перемещения достаточно для полного сцепления витков многозаходной резьбы 26 с большим углом подъема витков.

Так как ведущая гильза 12 продолжает получать вращение от ведущей полумуфты 20, то резьбовой участок 27 ведущей гильзы 12 ввинчивается в резьбовой участок 28 ведомой гильзы 13. Одновременно с этим внутренние зубья 24 ведущей гильзы 12 сдвигаются вдоль внешних зубьев 22 ведущей полумуфты 22. За счет инерционных сил и большого угла α подъема витков многозаходной резьбы 26 ведущая полумуфта 12 полностью ввинчивается в резьбовой участок 28 ведомой полумуфта 13. Между торцами внешних зубьев 22 ведущей полумуфты 20 и торцами внутренних зубьев 24 ведущей гильзы 12 образуется устойчивый осевой зазор в пределах 1...2 мм (см. фиг.3)

Одновременно при осевом перемещении ведущей гильзы 12 направляющим пояском 15 по внутренней поверхности наружной обоймы 2 и вращении гильзы 12 вокруг оси муфты упругое упорное кольцо 31 сначала скользит вместе с гильзой 12 в полости обоймы 2, а при достижении кольцевой проточки 4 за счет радиальных упругих сил кольцо 31 западает в кольцевую проточку 4 наружной обоймы 2. При разрыве потока мощности под действием упругих сил сжатия витков упругого элемента 14 ведущая гильза 12 смещается в сторону ведущего диска 8, а кольцо 31 блокирует гильзу 12 в наружной обойме 2. Затем при разрыве потока мощности в приводе стана выключают привод ведущей полумуфты 20, а из валков прокатного стана извлекают непрогретый слиток стали.

В технологических линиях прокатного производства с целью исключения потерь времени на повторный пуск, как правило, прокатные станы снабжают несколькими предохранительными муфтами. С источника мощности удаляют предохранительную муфту с выведенной гильзой 12 из рабочего положения и заменяют на муфту с рабочими положениями гильз 12 и 13 в полости обоймы 2. За время дополнительного прогрева слитка резервную (заменяющую) муфту устанавливают на прокатный стан. В дальнейшем демонтированную (описанную) муфту приводят одним из способов в рабочее состояние.

Таким образом достигается указанный выше технический результат - при высокой степени эксплуатационной надежности обеспечивается мгновенный разрыв потока передаваемой мощности и исключаются аварийные ситуации при прокатке металла.

Описанная конструкция предохранительной муфты выполняет свои функции независимо от монтажа и размещения как ведущей полумуфты, так и ведомой полумуфты на вал источника мощности при неизменных положениях на валах прокатной клети и электродвигателя.

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. В предохранительной муфте наружная (2) обойма выполнена в виде полого цилиндра, а внутренняя (1) обойма выполнена в виде ведущей (12) и ведомой (13) гильз, которые сопряжены с ведущим (8) и ведомым (9) дисками посредством шлицев. Между внутренними торцевыми участками ведущей (12) и ведомой (13) гильз размещен упругий элемент 14. Между внешними торцевыми поверхностями (16) в углублениях гильз (12 и 13) и цилиндрических отверстиях сопряженных с ними ведущего (8) и ведомого (9) дисков установлены две пары тел заклинивания (3) в форме шара. Ведущая (20) и ведомая (21) полумуфты установлены в полостях ведущей (12) и ведомой (13) гильз и сопряженных с ними внешними и внутренними зубьями. Каждая гильза (12, 13) снабжена многозаходной резьбой (26) с большим углом подъема витков резьбы. У ведущей (12) гильзы резьбовой участок (27) выполнен на внешней цилиндрической части, над внутренними зубьями (24). У ведомой (13) гильзы резьбовой участок (28) выполнен в цилиндрической полости, смещенной от ее внутренних зубьев (25) в сторону ведущей (12) гильзы. Торцевой участок (29) внешней цилиндрической части ведущей (12) гильзы и торцевой участок (30) цилиндрической полости ведомой (13) гильзы имеют плоскость разъема в виде конической поверхности. Длина указанных резьбовых участков (27 и 28) ведущей (12) гильзы и ведомой (13) гильзы больше ширины внешних зубьев (22) ведущей (20) полумуфты. Технический результат заключается в возможности передачи больших крутящих моментов, повышении эксплуатационной надежности муфты, увеличении быстродействия и срока службы. 6 ил.

Предохранительная муфта, содержащая внутреннюю (1) и наружную (2) обоймы и установленные между частями внутренней обоймы тела (3) заклинивания, отличающаяся тем, что наружная (2) обойма выполнена в виде полого цилиндра с кольцевой проточкой (4) в средней части, со стопорными (5) и упорными (6) кольцами и с сопряженными посредством упорных (6) колец и шлицев (10) ведущим (8) и ведомым (9) дисками на концевых участках, установленная в полости наружной (2) обоймы с возможностью поворота вокруг оси симметрии муфты и осевого перемещения между ведущим (8) и ведомым (9) дисками внутренняя (1) обойма выполнена в виде ведущей (12) и ведомой (13) гильз, взаимно сопряженных витками упругого (14) элемента, размещенного между внутренними торцевыми участками ведущей (12) и ведомой (13) гильз, при этом между внешними торцевыми поверхностями (16) в углублениях гильз (12 и 13) и цилиндрических отверстиях сопряженных с ними ведущего (8) и ведомого (9) дисков установлены по крайней мере две пары тел заклинивания (3) в форме шара, и ведущей (20) и ведомой (21) полумуфт, установленных в полостях ведущей (12) и ведомой (13) гильз и сопряженных с ними внешними (22, 23) зубьями ведущей (20) и ведомой (21) полумуфт и внутренними (24, 25) зубьями ведущей (12) и ведомой (13) гильз, сопряженная направляющим пояском с полостью наружной (2) обоймы каждая гильза (12, 13) снабжена многозаходной резьбой (26) с большим углом подъема витков резьбы, при этом у ведущей (12) гильзы резьбовой участок (27) выполнен на внешней цилиндрической части, над внутренними зубьями (24), а у ведомой (13) гильзы - в цилиндрической полости, смещенной от ее внутренних зубьев (25) в сторону ведущей (12) гильзы, к тому же торцевой участок (29) внешней цилиндрической части ведущей (12) гильзы и торцевой участок (30) цилиндрической полости ведомой (13) гильзы имеют плоскость разъема в виде конической поверхности, а длина указанных резьбовых участков (27 и 28) ведущей (12) гильзы и ведомой (13) гильзы больше ширины внешних зубьев (22) ведущей (20) полумуфты, в кольцевой канавке на цилиндрической поверхности сопряжения направляющего пояска и ведущей (12) гильзы размещено упругое кольцо (31) прямоугольного сечения, имеющее возможность сопряжения с кольцевой проточкой (4) в средней части для фиксации ведущей (12) гильзы в полости наружной (2) обоймы.