ШАРНИРНАЯ МУФТА Российский патент 2012 года по МПК F16D3/16 F16D3/48 

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано при проектировании соединительных муфт для передачи вращательного движения с одного вала на другой.

В технике широко применяются, например, поперечно-свертные муфты, содержащие две соединенные между собой полумуфты (см. книгу B.C.Полякова и И.Д.Барбаш «Муфты», издательство «Машиностроение», г.Ленинград, 1973 г. УДК 621825, глава I, раздел 2, стр.7, рис.2в, исполнение 1). Эти муфты обеспечивают удобный монтаж, но обладают недостатком, заключающимся в том, что их использование предполагает высокую точность соединяемых валов в части соосности и смещения концов валов. Общеизвестно, что передача вращательного движения с одного вала на другой сопряжена с проблемой, заключающейся в том, что соединяемые валы могут иметь в общем случае смещения:

- продольные между торцами,

- поперечные по горизонтали,

- поперечные по вертикали,

- угловое осей валов.

Известны синхронные шарнирные муфты (см., например, справочник «Машиностроение», «Детали машин. Расчет и конструирование», том 1, издательство «Машиностроение», г.Москва, 1968 г. УДК 621.81 (031), стр.303, рис.17, и). Эти муфты обеспечивают равенство угловых скоростей валов при изменяющемся угле между их геометрическими осями за счет размещения шариков всегда в биссекторной плоскости за счет профилирования канавок под шарики или принудительном перемещении обоймы шариков. Эти муфты допускают взаимный перекос соединяемых валов до 40°, однако обладают и недостатками:

- сложность изготовления и монтажа узла управления;

- передача крутящего момента с одной полумуфты на другую осуществляется посредством шариков, которые в сочетании с канавками на полумуфтах образуют замковое соединение в направлении, перпендикулярном движению шариков в канавках, поэтому площадь контакта шарика с боковой поверхностью канавки минимальна, что приводит к высокому контактному давлению и является препятствием для передачи больших крутящих моментов.

Техническим результатом изобретения является устранение перечисленных недостатков.

Технический результат достигается благодаря тому, что шарнирная муфта содержит две полумуфты, расположенные с зазором между торцевыми поверхностями и соединенные посредством осевого сферического шарнира, образованного установленным на одной полумуфте первым элементом со сферическим наконечником, расположенным в центрирующем углублении второго элемента, установленного на другой полумуфте, при этом муфта снабжена периферийными сферическими шарнирами, выполненными аналогично осевому сферическому шарниру и расположенными вокруг осевого сферического шарнира таким образом, что центры сферических шарниров лежат в биссекторной плоскости угла, образованного торцевыми поверхностями полумуфт, и элементы каждого периферийного сферического шарнира поджаты пружинами в сторону центра этого шарнира, а в осевом сферическом шарнире один из элементов поджат пружиной в сторону центра шарнира.

Кроме того, в элементах периферийных сферических шарниров выполнены каналы для подачи масла в кольцевые канавки, выполненные на поверхности сферических наконечников и на поверхностях трения указанных элементов.

Каждая полумуфта имеет фланец с отбортовкой, на конце которой образована закраина, выступающая в сторону оси соответствующей полумуфты с образованием полости для подачи смазки.

Кроме того, в каждой полости размещена соответствующая пружина для поджатия соответствующего элемента периферийного сферического шарнира, каждая пружина связана с соответствующим регулировочным винтом, установленным в отверстии закраины соответствующей полумуфты.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 показана предлагаемая муфта, вид сбоку, с частичным вырывом; на фиг.2 показан поперечный разрез А-А муфты по месту соединения полумуфт; на фиг.3 показано крупным планом, выносным элементом Б, место выхода отверстия в кольцевую канавку на рабочей поверхности стержня; на фиг.4 показаны крупным планом, выносным элементом В, места выходов отверстий в кольцевые канавки сферического наконечника и отверстия в накидной гайке; на фиг.5 показана предлагаемая муфта, вид сбоку, с частичным вырывом в рабочем положении с угловым смещением осей полумуфт; на фиг.6 схематично показана комбинация полумуфт для компенсации поперечного смещения δ соединяемых валов.

Шарнирная муфта содержит две полумуфты 1 и 2, каждая из которых выполнена в виде втулки или вала. На обращенных друг к другу оконечностях полумуфт образованы фланцы 3 и 4 с цилиндрическими отбортовками в виде предохранительных ободов 5 и 6 с закраинами 18, 19. По периметру торцов фланцев 3 и 4 выполнены отверстия 7 (фиг.2), в которых установлены соответствующие стержни 8 и 9, соединенные между собой сферическим шарниром, состоящим из сферического наконечника 10 на одной части стержня 9, входящего в ответное полусферическое гнездо 11 наконечника другой части стержня 8 и поджатого к нему накидной гайкой 12. Обе полумуфты 1 и 2 сцентрированы между собой посредством выточки 13, выполненной в виде полой полусферы, образованной на торце втулки 14 телескопически входящей в «глухое» отверстие 15 полумуфты 1. В центрирующую выточку 13 входит выступ в виде сферического наконечника 16, смонтированного на другой полумуфте 2. Сферический наконечник 16 соединен с втулкой 14 накидной гайкой 17, образуя осевой шарнир. Между дном отверстия 15 и торцом втулки 14 установлена пружина 42. Центры шарниров стержней 8, 9 (периферийных шарниров) и осевого шарнира расположены в одной плоскости Г (фиг.5), занимающей биссекторное положение угла α, образованного торцами фланцев 3, 4 полумуфт 1 и 2. При регулировании и настройке муфты, когда оси полумуфт 1 и 2 совпадают, центры шарниров стержней 8, 9 и осевого шарнира расположены в одной плоскости Д (фиг.1), перпендикулярной оси муфты. Свободные концы стержней 8, 9 поджаты с обеих сторон пружинами 20, 21, натяг которых регулируется винтами 22, 23, ввинченными в резьбовые отверстия закраин 18, 19, расположенных соосно отверстиям 7 (фиг.2). Винты 22, 23 стопорятся контргайками 24, 25 с наружных сторон закраин. В каждой части стержня 8 и 9 по его оси выполнены отверстия 26 (фиг.3) и 27 (фиг.4) с ответвлениями 28, 29, 30, которые выходят соответственно к кольцевым канавкам 31, 32, 33, выполненным на наружных поверхностях, в рабочих зонах, а в накидных гайках 12 шарниров, в сбеговых резьбовых канавках 34 выполнены радиально ориентированные сквозные отверстия 35.

Подготовка предлагаемой муфты к работе

1. Обе полумуфты 1 и 2 устанавливают в приспособлении в соосное положение с зазором L между торцами фланцев 3 и 4, позволяющим обеспечить соединение шарниров стержней и осевого шарнира. При этом все стержни 8, 9 и втулка 14 своими наконечниками прижаты к торцам фланцев 3, 4 полумуфт 1, 2.

2. Производят стыковку втулки 14 со сферическим наконечником 16 и закрепляют накидной гайкой 17.

3. Соединяют части стержней 8 и 9, вводя сферические наконечники 10 в полусферические гнезда 11, и закрепляют накидными гайками 12.

4. Винтами 22, 23 создают натяг пружин 20, 21 и приводят центры каждого шарнира стержней 8 и 9 в плоскость Д, проходящую через центр осевого шарнира и ориентированную перпендикулярно общей оси полумуфт 1 и 2. После проведения регулировки винты 22, 23 контрят гайками 24, 25.

5. Производят балансировку муфты, после чего муфту демонтируют с приспособления.

Подготовка муфты к установке на изделие завершена.

6. Производят установку полумуфт 1 и 2 на концы соединяемых валов агрегатов, при этом все стержни 8, 9 и втулка 14 своими наконечниками прижаты к торцам фланцев полумуфт 1 и 2.

7. Соединяемые агрегаты устанавливают с обеспечением зазора L между торцами фланцев 3 и 4.

8. Производят стыковку втулки 14 и стержней 8 и 9 в порядке, приведенном в п.2 и 3, и производят контровку накидных гаек 12 и 17, например, проволокой 36 (фиг.1, 4).

Установка муфты на изделие завершена.

Работа предлагаемой муфты

Устройство предлагаемой муфты позволяет осуществлять передачу крутящего момента с ведущего вала на ведомый в условиях перекоса соединяемых валов под углом α до 15°. Передача вращения происходит через полумуфты 1, 2, стержни 8, 9 и их сферические шарниры, при этом центры шарниров находятся в биссекторной плоскости Г (фиг.5). Их срединное положение обеспечивается пружинами 20 и 21, обладающими одинаковыми упругими характеристиками. При вращении полумуфт 1 и 2, при наличии перекоса соединяемых валов расстояние L между соответствующими отверстиями 7 фланцев 3 и 4 (фиг.2, 5), при каждом обороте меняется, при этом стержни 8 и 9 совершают поступательные перемещения вдоль осей своих отверстий 7, одновременно происходит поворот сферических наконечников 10 стержней в полусферических гнездах 11.

Поскольку перемещения стержней 8, 9 и поворот их шарниров в процессе вращения происходят под действием нагрузки от передаваемого крутящего момента и многократно повторяются, в предлагаемом устройстве предусмотрена подача смазки к трущимся поверхностям для отвода тепла и снижения сил трения. Смазка осуществляется следующим образом. При вращении муфты масло форсунками 37, 38 подается в полости 39, 40, образованные фланцами 3 и 4 и их отбортовками 5 и 6 с выступающими в сторону осей полумуфт 1 и 2 закраинами 18 и 19 (фиг.1), где центробежными силами отбрасывается к внутренним поверхностям цилиндрических отбортовок 5 и 6 до уровней Е, Ж (фиг.1), совпадающих с минимальными диаметрами закраин 18 и 19. При этом масло попадает в центральные отверстия 26, 27 стержней (фиг.3, 4) и через ответвления 28, 29, 30 поступает в кольцевые канавки 31, 32, 33 в зоны трущихся пар. Перемещениями стержней 8, 9 и поворотами сферических наконечников 10 осуществляется смазка рабочих поверхностей движущихся частей муфты.

Отработанное масло через зазоры в соединениях стержней с отверстиями 7 фланцев 3 и 4 попадает в дренажную систему. В шарнирах стержней масло через зазоры между сферическими наконечниками 10, полусферическими гнездами 11 и опорными поверхностями накидных гаек 12 стекает в резьбовые канавки 34 и через отверстия 35 попадает в дренажную систему.

В осевом шарнире муфты в процессе работы происходит поворот сферического наконечника 16 в полусферическом гнезде 13, однако ввиду того, что осевой шарнир силовой нагрузки не несет, силы трения в нем незначительны, поэтому предусматривать отвод тепла от него не требуется, а снижение трения в шарнире может быть решено подбором материалов, обладающих минимальным значением коэффициента трения.

Для случая когда соединяемые валы, кроме углового смещения, имеют и поперечное δ (фиг.6), предусматривается между ними промежуточный вал 41, оконечности которых оснащены муфтами предлагаемого устройства. Кроме указанного выше предлагаемое устройство обладает еще одним преимуществом по сравнению с известными, заключающимся в том, что в предлагаемой муфте все соединения, передающие рабочую нагрузку, имеют развитую контактную поверхность, благодаря чему в них не могут возникать высокие контактные давления, что несомненно способствует существенному увеличению срока службы устройства.

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к муфтам. Шарнирная муфта содержит две полумуфты, расположенные с зазором между торцевыми поверхностями и соединенные посредством осевого сферического шарнира. Сферический шарнир образован установленным на одной полумуфте первым элементом со сферическим наконечником, расположенным в центрирующем углублении второго элемента, установленного на другой полумуфте. Муфта снабжена периферийными сферическими шарнирами, выполненными аналогично осевому сферическому шарниру и расположенными вокруг осевого сферического шарнира таким образом, что центры сферических шарниров лежат в биссекторной плоскости угла, образованного торцевыми поверхностями полумуфт. Элементы каждого периферийного сферического шарнира поджаты пружинами в сторону центра этого шарнира, а в осевом сферическом шарнире один из элементов поджат пружиной в сторону центра шарнира. Техническим результатом является обеспечение передачи больших крутящих моментов и упрощение изготовления муфты. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Шарнирная муфта, содержащая две полумуфты, расположенные с зазором между торцевыми поверхностями и соединенные посредством осевого сферического шарнира, образованного установленным на одной полумуфте первым элементом со сферическим наконечником, расположенным в центрирующем углублении второго элемента, установленного на другой полумуфте, отличающаяся тем, что снабжена периферийными сферическими шарнирами, выполненными аналогично осевому сферическому шарниру и расположенными вокруг осевого сферического шарнира таким образом, что центры сферических шарниров лежат в биссекторной плоскости угла, образованного торцевыми поверхностями полумуфт, и элементы каждого периферийного сферического шарнира поджаты пружинами в сторону центра этого шарнира, а в осевом сферическом шарнире один из элементов поджат пружиной в сторону центра шарнира.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что в элементах периферийных сферических шарниров выполнены каналы для подачи масла в кольцевые канавки, выполненные на поверхности сферических наконечников и на поверхностях трения указанных элементов.

3. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что каждая полумуфта имеет фланец с отбортовкой, на конце которой образована закраина, выступающая в сторону оси соответствующей полумуфты с образованием полости для подачи смазки.

4. Муфта по п.3, отличающаяся тем, что в каждой полости размещена соответствующая пружина для поджатия соответствующего элемента периферийного сферического шарнира, каждая пружина связана с соответствующим регулировочным винтом, установленным в отверстии закраины соответствующей полумуфты.