ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F16D7/04 F16D43/286 

Настоящее изобретение относится к безопасному соединительному устройству, предназначенному для разъемного соединения с целью приведения во вращение первого и второго передаточных элементов (например, выполненных в виде вращающихся валов), вращающихся вокруг одной оси вращения, причем соединительное устройство выполнено с возможностью разъединения упомянутых двух передаточных элементов, как только превышено заданное максимально допустимое значение крутящего момента.

Безопасные соединительные устройства указанного выше типа обычно используются в промышленности для передачи вращательного движения от источника вращательного движения (например, такого как электродвигатель), имеющего выходной вращающийся передаточный элемент, к машине, имеющей входной вращающийся передаточный элемент. Безопасное соединительное устройство расположено между двумя передаточными элементами и в нормальном режиме удерживается в первом рабочем состоянии (замкнутом состоянии), в котором оно соединяет упомянутые элементы для вращения. Безопасное соединительное устройство выполнено с возможностью перемещения во второе рабочее состояние (разомкнутое состояние), в котором оно разъединяет два передаточных элемента, чтобы избежать неправильного функционирования или повреждения всей кинематической цепи, в случае избыточных нагрузок или случайного заклинивания машины, в которую передается вращательное движение.

Задачей настоящего изобретения является предложить безопасное соединительное устройство для передачи вращательного движения, которое усовершенствовано по сравнению с решениями, применяемыми в настоящее время.

Эта и другие задачи полностью реализуются в соответствии с настоящим изобретением, благодаря безопасному соединительному устройству, имеющему характеристики, которые указаны в независимом п.1 приложенной Формулы изобретения.

Преимущественные варианты безопасного соединительного устройства, соответствующего изобретению, являются предметом зависимых пунктов Формулы изобретения, содержание которых должно рассматриваться как неотъемлемая и составная часть приведенного далее описания.

Если говорить коротко, изобретение основано на идее предложить безопасное соединительное устройство, включающее:

- ведущую часть и ведомую часть, выполненные с возможностью вращения вокруг одной оси вращения и снабженные соответствующими средствами передачи крутящего момента, имеющими передние зубчатые венцы, в нормальном режиме сцепленные друг с другом для передачи крутящего момента между упомянутыми двумя частями соединительного устройства; и

- чувствительные к крутящему моменту средства размыкания, предназначенные для расцепления передних зубчатых венцов средств передачи крутящего момента, входящих в состав упомянутых двух частей соединительного устройства, что приводит к прерыванию передачи крутящего момента, когда крутящий момент, передаваемый между этими двумя частями соединительного устройства, превышает заданное максимальное значение,

причем чувствительные к крутящему моменту средства размыкания включают камеру высокого давления, заполненную несжимаемой текучей средой, и клапанные средства, обеспечивающие выпуск текучей среды из камеры высокого давления, как только превышено заданное максимальное значение давления, причем камера высокого давления выполнена таким образом, чтобы:

- давление текучей среды, находящейся в ней, создавало силу, действующую на передние зубчатые венцы средств передачи крутящего момента, которая обеспечивает удержание зубчатых венцов в сцеплении для передачи крутящего момента между двумя частями соединительного устройства, и

- крутящий момент, передаваемый между двумя частями соединительного устройства через передние зубчатые венцы средств передачи крутящего момента, приводил к увеличению давления текучей среды, находящейся в камере высокого давления, пропорционально значению крутящего момента, таким образом, упомянутое максимальное значение крутящего момента связано с упомянутым максимальным значением давления.

По сравнению с известным уровнем техники, безопасное соединительное устройство, соответствующее изобретению, имеет, помимо прочих, следующие преимущества:

- размыкание соединительного устройства не требует наличия специальных разблокирующих элементов (например, таких как штифты) для разблокирования, и поэтому на устройство не влияют изменения механических характеристик таких элементов;

- размыкание соединительного устройства не подвержено явлению гистерезиса, способному повлиять на перемещение при расцеплении механических элементов, которые с возможностью разъема соединяют ведущую и ведомую части соединительного устройства;

- соединительное устройство может быть возвращено в исходное состояние (т.е. переведено обратно в замкнутое состояние нормальной работы) очень быстро и легко;

- соединительное устройство имеет очень компактную конструкцию, с очень высокой способностью передачи крутящего момента с точки зрения его размеров по диаметру и в осевом направлении;

- максимальное значение крутящего момента, вызывающее размыкание соединительного устройства, можно регулировать в пределах широкого диапазона;

- максимальное значение крутящего момента, вызывающее размыкание соединительного устройства, можно регулировать очень простым и быстрым образом, даже в замкнутом состоянии, характеризующем нормальную работу соединительного устройства;

- максимальное значение крутящего момента, вызывающее размыкание соединительного устройства, не изменяется с течением времени, что гарантирует высокую надежность работы соединительного устройства;

- соединительное устройство характеризуется автоматическим питанием, так как оно не требует внешнего источника находящейся под давлением текучей среды во время его работы, и самокомпенсацией, так как оно способно автоматически компенсировать возможные потери находящейся под давлением текучей среды;

- соединительное устройство обеспечивает возможность мониторинга крутящего момента, передаваемого между ведущей и ведомой частями, просто за счет использования датчика давления, подходящего для измерения давления в камере высокого давления, и передатчика, подходящего для направления сигналов, выдаваемых датчиком давления, в стационарный или подвижный приемник.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания, приведенного исключительно в качестве примера, не накладывающего ограничений, и рассмотренного со ссылкой на приложенные чертежи, из которых:

Фиг.1 - местный аксиальный разрез безопасного соединительного устройства, соответствующего предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, в замкнутом состоянии нормальной работы.

Фиг.2 - дополнительный местный аксиальный разрез (в плоскости, отличающейся от плоскости на фиг.1) безопасного соединительного устройства, предлагаемого настоящим изобретением, в замкнутом состоянии нормальной работы.

Фиг.3 - вид в разрезе предохранительного клапана безопасного соединительного устройства, предлагаемого настоящим изобретением, в закрытом состоянии (соединительное устройство находится в замкнутом состоянии нормальной работы).

Фиг.4 - вид сверху предохранительного клапана, показанного на фиг.3.

Фиг.5 - вид в разрезе предохранительного клапана, аналогичного показанному на фиг.3, но с состоянии выпуска (соединительное устройство находится в разомкнутом состоянии).

Фиг.6 - местный аксиальный разрез безопасного соединительного устройства, предлагаемого настоящим изобретением, которое аналогично показанному на фиг.2, но в разомкнутом состоянии.

Фиг.7 - приведенный в увеличенном масштабе разрез устройства хранения, входящего в состав безопасного соединительного устройства, предлагаемого настоящим изобретением.

Фиг.8 - приведенный в увеличенном масштабе разрез (в плоскости VIII-VIII, показанной на фиг.7) канала подачи текучей среды в безопасном соединительном устройстве, предлагаемом настоящим изобретением.

В приведенном ниже описании и пунктах приложенной Формулы изобретения термины "осевое" и "продольное" относятся к направлению по оси безопасного соединительного устройства, другими словами, оси вращения ведущей и ведомой частей безопасного соединительного устройства, в то время как термины "поперечное" и "радиальное" относятся к направлениям, перпендикулярным оси безопасного соединительного устройства.

Сначала обратимся к фиг.1, на которой показано, что безопасное соединительное устройство для передачи вращательного движения, соответствующее предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, в качестве основных компонентов включает ведущую часть, в целом обозначенную ссылочной позицией 10, и ведомую часть, в целом обозначенную ссылочной позицией 12. Ведущая часть 10 безопасного соединительного устройства, предназначенная для фиксированного соединения с целью вращения с ведущей частью передаточного механизма (например, передаточным валом, соединенным с выходом электрического двигателя), и ведомая часть 12 безопасного соединительного устройства, предназначенная для фиксированного соединения с целью вращения с ведомой частью передаточного механизма (например, передаточным валом, соединенным с входом промышленного оборудования) установлены таким образом, чтобы они имели возможность вращаться вокруг одной и той же оси Х вращения.

Ведущая часть 10 безопасного соединительного устройства содержит первый внешний кольцевой элемент 14 и второй внутренний кольцевой элемент 16, жестко соединенный с целью вращения с первым элементом 14 и образующий вместе с ним пространство 18. Первый элемент 14 ведущей части 10 образует с внешней в осевом направлении стороны безопасного соединительного устройства (т.е. с противоположной стороны относительно ведомой части 12) фланцевую часть 20, имеющую множество отверстий 22 для установки винтовых соединительных устройств (не показаны) для жесткого соединения ведущей части 10 безопасного соединительного устройства с целью вращения с ведущей частью (расположенной выше по направлению процесса) передаточного механизма. На своем внутреннем в осевом направлении конце (т.е. со стороны, обращенной к ведомой части 12) первый элемент 14 ведущей части 10 снабжен передним зубчатым венцом 24, который более подробно будет рассмотрен позднее.

Ведомая часть 12 безопасного соединительного устройства содержит первый внешний кольцевой элемент 26 и второй внутренний кольцевой элемент 28, жестко соединенный с целью вращения с первым элементом 26. Первый элемент 26 ведомой части 12 содержит первую внешнюю в осевом направлении часть 30 большей толщины и вторую внутреннюю в осевом направлении часть 32 меньшей толщины, которая выступает в осевом направлении от первой части 30 к ведущей части 10. На внешней в осевом направлении поверхности (т.е. противоположной относительно ведущей части 10) первой части 30 первого элемента 26 ведомой части 12 выполнено множество отверстий 34 для установки винтовых соединительных устройств (не показаны) для жесткого соединения ведомой части 12 с целью вращения с ведомой частью (расположенной ниже по направлению процесса) передаточного механизма. Между первым элементом 14 ведущей части 10 и второй частью 32 первого элемента 26 ведомой части 12 установлен проходящим в радиальном направлении третий кольцевой элемент 36 ведомой части 12, который жестко соединен с целью вращения со второй частью 32 первого элемента 26 ведомой части 12 при помощи шлицевого соединения 38. Третий кольцевой элемент 36 ведомой части 12 снабжен передним зубчатым венцом 40, выровненным по вертикали относительно переднего зубчатого венца 24 первого элемента 14 ведущей части 10. Ведомая часть 12 также включает четвертый элемент 42, имеющий в качестве его неотъемлемой части кольцевую часть 44 с внутренней резьбой, которую навинчивают на вторую часть 32 первого элемента 26 ведомой части 12 (снабженной для этой цели соответствующей внешней резьбой 46), и фланцевую часть 48, которая проходит в радиальном направлении внутрь и расположена в осевом направлении между фланцевой частью 20 первого элемента 14 ведущей части 10 и второй частью 32 первого элемента 26 ведомой части 12. Фланцевая часть 48 четвертого элемента 42 ведомой части 12 прижата своей внутренней в осевом направлении вертикальной поверхностью к третьему элементу 36 ведомой части. Четвертый элемент 42 ведомой части 12, таким образом, работает как круглая гайка, позволяющая регулировать осевое положение третьего элемента 36 и, как следствие, переднего зубчатого венца 40. Заполнитель 50 препятствует отвинчиванию четвертого элемента 42 относительно второй части 32 первого элемента 26.

Между ведущей частью 10 и ведомой частью 12 безопасного соединительного устройства расположен поршень 52, который содержит кольцевую направляющую часть 54, установленную таким образом, чтобы она могла скользить в осевом направлении в осевом цилиндрическом отверстии 56 первого элемента 26 ведомой части 12, и фланцевую часть 58, которая проходит в радиальном направлении наружу от направляющей части 54 и в осевом направлении расположена между первым элементом 14 ведущей части 10 и третьим кольцевым элементом 36 ведомой части 12 с одной стороны и частью 30 первого элемента 26 ведомой части 12 с другой стороны. Фланцевая часть 58 поршня 52 снабжена первым передним зубчатым венцом 60, сцепленным с передним зубчатым венцом 24 первого элемента 14 ведущей части 10, и вторым передним зубчатым венцом 62, сцепленным с передним зубчатым венцом 40 третьего кольцевого элемента 36 ведомой части 12. Вертикальная поверхность поршня 52, расположенная в осевом направлении напротив поверхности снабженной передними зубчатыми венцами 60 и 62, ограничивает в осевом направлении, вместе с расположенной напротив вертикальной поверхностью 64 части 30 первого элемента 26 ведомой части 12, камеру 66 высокого давления, заполненную несжимаемой текучей средой. В радиальном направлении камера 66 высокого давления изнутри ограничена направляющей частью 54 поршня 52 и снаружи - частью 32 первого элемента 26 ведомой части 12. Прокладка 68, расположенная между фланцевой частью 58 поршня 52 и частью 32 первого элемента 26 ведомой части 12, и прокладка 70, расположенная между направляющей частью 54 поршня 52 и частью 30 первого элемента 26 ведомой части 12, обеспечивают герметичность камеры 66 высокого давления.

В нормальном рабочем состоянии безопасного соединительного устройства давление текучей среды в камере 66 высокого давления толкает поршень 52 влево, таким образом, обеспечивая сцепление зубчатых венцов 60 и 62 поршня с соответствующими зубчатыми венцами 24 и 40 первого элемента 14 ведущей части 10 и третьего элемента 36 ведомой части 12. В результате крутящий момент может передаваться от ведущей части 10 на ведомую часть 12, проходя по порядку через первый элемент 14 ведущей части, поршень 52, третий элемент 36 ведомой части и первый элемент 26 ведомой части. В такой ситуации осевое положение переднего зубчатого венца 40 третьего элемента 36 ведомой части 12 можно регулировать путем навинчивания/свинчивания четвертого элемента 42 ведомой части, как такового, чтобы обеспечить устранение возможных люфтов относительно зубчатого венца 62 поршня 52.

Внутри пространства 18 между двумя кольцевыми элементами 14 и 16 ведущей части 10 и внутри направляющей части 54 поршня 52 установлена пружина 72, например, представляющая собой цилиндрическую спиральную пружину, чтобы создать осевую силу, действующую на поршень в направлении, противоположном силе, создаваемой давлением текучей среды в камере 66 высокого давления, другими словами, силу, стремящуюся вывести передние зубчатые венцы 60 и 62 поршня 52 из сцепления с передними зубчатыми венцами 24 и 40, соответственно, первого элемента 14 ведущей части 10 и третьего элемента 36 ведомой части 12. Пружина 72 с одного конца (правого конца для наблюдателя на фиг.1) прижата к вертикальной донной стенке 74 направляющей части 54 поршня 52 и с противоположного конца (левого конца для наблюдателя на Фиг.1) прижата к вертикальной донной стенке 76 стакана 78, прикрепленного при помощи винтов 80 ко второму элементу 28 ведомой части 12. Как будет более подробно рассмотрено в оставшейся части описания, пружина 72 обеспечивает полное удаление текучей среды из камеры 66 высокого давления, когда безопасное соединительное устройство размыкается из-за превышения установленного максимального значения крутящего момента.

Если снова обратиться к фиг.1, то прокладка 82, расположенная между частью 32 второго элемента ведомой части 12 и третьим элементом ведомой части 12, и прокладка 84, расположенная между третьим элементом ведомой части 12 и первым элементом 14 ведущей части 10, предотвращают утечку смазки, используемой для смазывания контактирующих поверхностей передних зубчатых венцов 24, 40, 60 и 62.

Между вторым элементом 16 ведущей части 10 и вторым элементом 28 ведомой части 12 установлены обеспечивающие вращение опорные средства, которые в варианте реализации настоящего изобретения, изображенном на фиг.1, содержат первый радиальный шариковый подшипник 86, второй осевой роликовый подшипник 88 и третий конический роликовый подшипник 90. Что касается первого подшипника 86, его внешнее кольцо в осевом направлении зафиксировано с внешней в осевом направлении стороны посредством упругого кольца 92, при этом его внутреннее кольцо в осевом направлении зафиксировано с внутренней в осевом направлении стороны посредством фланца 94 кольцевого элемента 96, посаженного на часть 98 второго элемента 16 ведущей части 10. Круглая гайка 100, навинченная на вторую часть 102 второго элемента 16 ведущей части 10, в осевом направлении прижимает второй подшипник 88 к буртику 104 второго элемента 16 ведущей части 10 и позволяет регулировать осевое положение этого элемента, вместе с положением первого элемента 14 ведущей части 10, имеющей передний зубчатый венец 24. Заполнитель 106 препятствует свинчиванию круглой гайки 100 со второй резьбовой части 102 второго элемента 16 ведущей части 10. Между кольцевым элементом 96 и круглой гайкой 100 в осевом направлении установлен и упруго сжат эластомерный элемент 108, чтобы устранить возможные осевые люфты в подшипнике 86.

Местный вид А, приведенный на фиг.1, представляет собой вид сверху передних зубчатых венцов 40 и 62 в состоянии сцепления.

Теперь со ссылкой на фиг.2-5 будет описан клапанный механизм безопасного соединительного устройства, который управляет автоматическим размыканием этого устройства, когда превышается заданное максимальное значение передаваемого крутящего момента.

Сначала рассмотрим местный вид А, приведенный на фиг.2, который представляет собой вид в увеличенном масштабе передних зубчатых венцов 24 и 62, соответственно, первого элемента 14 ведущей части 10 и поршня 52 в состоянии сцепления. Передние зубчатые венцы в осевом направлении толкаются друг к другу осевой силой F₁, по величине равной разности между величиной осевой силы, возникающей за счет давления р₁ предварительного нагружения со стороны текучей среды, находящейся в камере 66 высокого давления, и величиной осевой силы, создаваемой пружиной 72, которая, как указано ранее, действует в направлении, противоположном осевой силе, создаваемой давлением текучей среды в камере 66 высокого давления. Крутящий момент, передаваемый ведущей частью 10 через первый элемент 14, создает на переднем зубчатом венце 60 поршня 52 касательную силу F_t, имеющую осевую составляющую F_au. Результирующая осевая сила, величина которой (без учета трения между профилями передних зубчатых венцов) равна разности между величиной осевой составляющей F_au касательной силы F_t и величиной осевой силы F₁, создает избыточное давление p_au, в текучей среде, находящейся в камере 66 высокого давления. Давление р₂ текучей среды в камере 66 высокого давления равно сумме давления р₁ предварительного нагружения и избыточного давления p_au. Давление р₂ текучей среды в камере 66 высокого давления, таким образом, пропорционально давлению p_au, порождаемому осевой силой F_au, в свою очередь, создаваемой касательной силой F_t, и, таким образом, пропорционально крутящему моменту, передаваемому соединительным устройством.

Как станет более понятным в свете последующего описания, клапанный механизм безопасного соединительного устройства, соответствующего настоящему изобретению, выполнен с возможностью автоматического управления выпуском из камеры 66 высокого давления и, как следствие, расцеплением передних зубчатых венцов 60 и 62 поршня 52 и передних зубчатых венцов 24 и 40 ведущей части 10 и ведомой части 12, соответственно, на которые в данный момент воздействует только осевая сила со стороны пружины 72, когда давление в камере 66 высокого давления 66 достигает заданного максимального значения, соответствующего заданному максимальному значению крутящего момента, которое может регулироваться пользователем.

В этой связи, во-первых, отметим, что клапанный механизм содержит предохранительный клапан 110, который в варианте реализации настоящего изобретения, изображенном на фиг.2, установлен в подходящем посадочном месте 112 (предпочтительно - цилиндрической формы), созданном в первом элементе 26 ведомой части 12, но который также мог бы быть установлен снаружи этого элемента, например, при помощи подходящих резьбовых штуцеров. Предохранительный клапан 110 имеет гидравлическую связь с камерой 66 высокого давления через канал 114 для восприятия давления р₂, имеющегося в этой камере. В предохранительном клапане задано конкретное установленное давление p_t открытия (которое может регулироваться пользователем), что позволяет выпускать текучую среду из камеры 66 высокого давления, когда давление р₂ превышает установленное значение p_t.

В частности, как показано на фиг.3, основными компонентами предохранительного клапана 110 являются тело 116, установленное с возможностью скольжения вдоль оси посадочного места 112, неподвижный диск 118 и стакан 120, расположенный между телом 116 и диском 118. Тело 116 имеет верхнюю часть 122 в форме полого цилиндра с внешним диаметром, по существу, равным диаметру посадочного места 112, и нижнюю часть 124 с меньшим внешним диаметром и конусностью в направлении дна, чтобы создать кольцевой зазор 126 относительно посадочного места 112. Между нижней частью 124 тела 116 и посадочным местом 112 расположена прокладка 128. Нижнюю часть 124 тела 116 пересекает множество каналов 130, что обеспечивает гидравлическую связь области клапана, находящейся выше части 124 его тела, с кольцевым зазором 126. На нижней поверхности нижней части 124 тела 116 установлена прокладка 132, предпочтительно - конической формы, которая в закрытом состоянии предохранительного клапана 110 перекрывает входное отверстие 134, обеспечивающее гидравлическую связь канала 114 с посадочным местом 112.

Предохранительный клапан 110 также содержит пружину 136, предпочтительно представляющую собой цилиндрическую спиральную пружину, установленную в кольцевом свободном пространстве, имеющемся между стаканом 120 и верхней частью 122 тела 116. Пружина 136 упирается своим нижним концом в нижний фланец стакана 120 и своим верхним концом в круглую гайку 138, ввинченную в соответствующую часть посадочного места 112 с внутренней резьбой. Пружина 136 толкает стакан 120, вместе с телом 116 в направлении вниз, таким образом, сохраняя входное отверстие 134 закрытым при помощи прокладки 132.

Предохранительный клапан 110 также содержит стержневой элемент 140, проходящий по оси стакана 120 и с возможностью скольжения установленный в осевом отверстии 142, созданном в донной стенке стакана 120. Внизу стержневого элемента 140 создана головка 144, снабженная прокладкой 146, герметизирующей отверстие 142. Пружина 148, установленная в стакане 120, прижимает головку 144 стержневого элемента 140 к донной стенке стакана 120, таким образом, поддерживая внутреннюю камеру стакана 120, обозначенную ссылочным номером 150, в закрытом состоянии. На внешней поверхности стержневого элемента 140 создано множество канавок 152, функция которых - обеспечить возможность прохождения текучей среды из камеры 150 через отверстие 142, когда стержневой элемент 140 перемещается из закрытого положения, показанного на фиг.3, в открытое положение, показанное на фиг.5. В закрытом положении, показанном на фиг.3, стержневой элемент 140 выступает за внешнюю поверхность донной стенки стакана 120.

Диск 118 предохранительного клапана 110 прижат к буртику 154 посадочного места 112 при помощи стопорного кольца 156. Диск 118 имеет множество сквозных отверстий 158 (в изображенном на Фиг.4 примере - три круглых отверстия, размещенных под углом 120°), функция которых - сделать возможным, когда предохранительный клапан 110 находится в состоянии выпуска, выпуск текучей среды, поступающей из камеры 150 через отверстие 142, а также прохождение подходящего ключа для поворота круглой гайки 138 с целью регулирования предварительного нагружения пружины 136.

Закрытое состояние предохранительного клапана 110, изображенное на фиг.3, поддерживается до тех пор, пока сила F₂, действующая на прокладку 132 и, таким образом, на тело 116, за счет давления во входном отверстии 134, совпадающего с давлением р₂ текучей среды в камере 66 высокого давления, не превысит силу R₁ реакции, создаваемую при сложении силы, действующей со стороны пружины 136, и силы трения между прокладкой 128 и внутренней поверхностью посадочного места 112. Силу, действующую со стороны пружины 136, и, таким образом, установленное давление p_t предохранительного клапана 110 можно регулировать при помощи круглой гайки 138.

Как показано на фиг.5, когда сила F₂, действующая на прокладку 132, и, таким образом, на тело 116, за счет давления во входном отверстии 134, превышает силу R₁ реакции, узел из прокладки 132, тела 116, стакана 120 и стержневого элемента 140 поднимается относительно нижней поверхности посадочного места 112, что позволяет текучей среде пройти из камеры 66 высокого давления, через канал 114 и входное отверстие 134, в зазор 126 и оттуда, через каналы 130, в камеру 150. Когда стержневой элемент 140 упирается в диск 118, дальнейший подъем стакана 120 вызывает перемещение стержневого элемента 140 из закрытого положения в открытое положение, что позволяет выпустить текучую среду из камеры 150 через канавки 152 в стержневом элементе 140 и отверстия 158 в диске 118.

Таким образом, когда крутящий момент, передаваемый безопасным соединительным устройством, таков, что давление р₂ текучей среды в камере 66 высокого давления больше установленного давления p_t предохранительного клапана 110, этот клапан 110 перемещается из закрытого состояния в состояние выпуска, что делает возможным выпуск текучей среды, находящейся в камере 66 высокого давления, и, как следствие, вывод передних зубчатых венцов 60 и 62 поршня 52 из сцепления с соответствующими передними зубчатыми венцами 24 и 40 первого элемента 14 ведущей части 10 и третьего элемента 36 ведомой части 12. После перемещения в состояние выпуска предохранительный клапан 110 поддерживается в этом состоянии благодаря тому, что пружина 72, действующая на поршень 52, выбрана таким образом, чтобы в текучей среде возникало давление, позволяющее преодолеть реакцию, действующую со стороны пружины 136 на тело 116, в результате чего входное отверстие 134 поддерживается открытым. Это позволяет обеспечить полное поступательное перемещение поршня 52 вправо и, таким образом, полный выход передних зубчатых венцов самого поршня из сцепления с зубчатыми венцами ведущей части 10 и ведомой части 12. Разомкнутое состояние безопасного соединительного устройства 110 изображено на фиг.6.

В предпочтительном случае безопасное соединительное устройство, соответствующее настоящему изобретению, также содержит устройство 160 хранения, функцией которого является автоматическая компенсация возможных утечек текучей среды в камере 66 высокого давления, что позволяет сохранить давление р₁ предварительного нагружения и, как следствие, максимальное значение крутящего момента, выше которого безопасное соединительное устройство постоянно разомкнуто. Устройство хранения изображено как на местных видах В на фиг.2 и 6, так и, в увеличенном масштабе, на фиг.7. На фиг.2 устройство хранения показано в положении, соответствующем замкнутому состоянию безопасного соединительного устройства, в то время как на фиг.6 и 7 устройство хранения показано в положении, соответствующем разомкнутому состоянию безопасного соединительного устройства.

В частности, как показано на фиг.7, устройство 160 хранения, во-первых, содержит поршень 162 с возможностью скольжения установленный в посадочном месте 164, предусмотренном во втором элементе 30 ведомой части 12, в изображенном примере - на стороне, диаметрально противоположной относительно посадочного места 112, в котором установлен предохранительный клапан 110, причем поршень 162 вместе с посадочным местом 164 образуют уравновешивающую камеру 166 (фиг.2), заполненную текучей средой, находящейся под давлением р₁ предварительного нагружения, имеющимся в камере 66 высокого давления. Пара работающих последовательно пружин 168 и 170, в изображенном примере представляющих собой цилиндрические спиральные пружины, толкает поршень 162 в направлении донной стенки уравновешивающей камеры 166, таким образом, стремясь вытолкнуть находящуюся в ней текучую среду.

Устройство хранения также содержит обратный клапан 172, расположенный между камерой 174, которая имеет гидравлическую связь с уравновешивающей камерой 166, и камерой 176, которая имеет гидравлическую связь, через канал 178, с камерой 66 высокого давления. Обратный клапан 172, изображенный в увеличенном масштабе на местном виде А, приведенном на фиг.7, содержит затвор 180, снабженный штоком 182 и пружиной 184, стремящейся удержать затвор 180 в закрытом положении. Обратный клапан 172, таким образом, позволяет текучей среде проходить только в направлении из уравновешивающей камеры 166 в камеру 66 высокого давления. В случае утечки текучей среды из камеры 66 высокого давления, давление в этой камере снижается, и из-за разности давлений между камерами 174 и 176 обратный клапан 172 открывается, позволяя текучей среде, находящейся в уравновешивающей камере 166, вытекать в камеру 66 высокого давления до тех пор, пока не будет восстановлено первоначальное значение р₁ давления. Прозрачная крышка 186 позволяет пользователю проверять положение поршня 162 и, таким образом, проверять наполненность уравновешивающей камеры 166.

После открывания предохранительного клапана 110 в случае превышения максимального значения крутящего момента, передаваемого безопасным соединительным устройством, падение давления по направлению потока ниже обратного клапана 172 вызывает полное смещение поршня 162, толкаемого пружинами 168 и 170, с упором в поверхность дна уравновешивающей камеры 166. В таком положении поршень 162, который снабжен управляющим выступом 188, работающим совместно со штоком 182 затвора 180 обратного клапана 172, удерживает затвор 180 поднятым и, таким образом, обратный клапан 172 - открытым.

И, наконец, как показано на фиг.8, чтобы сделать возможной подачу текучей среды в камеру 66 высокого давления на так называемом этапе переустановки, т.е. когда безопасное соединительное устройство возвращается в замкнутое состояние после размыкания, в первом элементе 26 ведомой части 12 предусмотрена горловина 190, которая имеет гидравлическую связь, через проход 192, с каналом 194 подачи, открытым в камеру 174 по направлению потока выше обратного клапана 172. Винтовой клапан 196 позволяет открывать или закрывать проход 192.

Операция переустановки безопасного соединительного устройства в исходное состояние происходит следующим образом. Сначала ведомую часть 12 соединительного устройства поворачивают до тех пор, пока предохранительный клапан 110 не будет переведен в крайнее верхнее положение, чтобы сделать возможным спуск воздуха во время заполнения камеры 66 высокого давления под действием силы тяжести. В этот момент, после установки штуцера подачи (не показан) в горловину 190, открыв винтовой клапан 196 и открыв воздуховыпускной клапан 198 (фиг.2 и 6), сообщающийся с камерой 66 высокого давления, выполняют заполнение камеры 66 высокого давления под действием силы тяжести. Чтобы удержать предохранительный клапан 110 открытым на этапе заполнения, стакан 120 этого клапана поднимают при помощи подходящей рукоятки 200, за которую может взяться пользователь и которая одним своим концом ввинчена в глухое резьбовое отверстие 202 (фиг.3 и 5), предусмотренное в этом элементе и доступное снаружи через одно из отверстий 158 в диске 118. Как только чистая текучая среда, без пузырьков воздуха, выходит из предохранительного клапана 110 и из воздуховыпускного клапана 198, предохранительному клапану 110 дают вернуться в закрытое положение, а воздуховыпускной клапан 198 закрывают. В этот момент начинают накачивать текучую среду под давлением в камеру 66 высокого давления. В результате поршень 52 перемещается влево (относительно наблюдателя на фиг.1, 2 и 6) против силы, действующей со стороны пружины 72, до приведения в полное сцепление передних зубчатых венцов 60 и 62 самого поршня с передними зубчатыми венцами 24 и 40 ведущей части 10 и ведомой части 12, соответственно. В это же время поршень 162 устройства 160 хранения перемещается вправо (относительно наблюдателя на фиг.7), и уравновешивающая камера 166 заполняется текучей средой, находящейся под давлением. Как только достигнуто давление р₁ предварительного нагружения, винтовой клапан 196 закрывают, чтобы прервать гидравлическую связь между горловиной 190 и каналом 194 подачи, и штуцер подачи вывинчивают из горловины 190.

Согласно варианту реализации настоящего изобретения, безопасное соединительное устройство может быть снабжено устройством для измерения передаваемого крутящего момента, которое в качестве основных компонентов включает датчик давления, подходящий для измерения давления в камере высокого давления (которое, как рассмотрено ранее, пропорционально крутящему моменту, передаваемому между ведущей и ведомой частями соединительного устройства), и передатчик, подходящий для направления сигналов, выдаваемых датчиком давления, в стационарный или подвижный приемник. Таким образом, пользователь может проверять, периодически или по запросу, значение крутящего момента, передаваемого безопасным соединительным устройством.

Разумеется при том, что принцип настоящего изобретения остается неизменным, варианты его реализации и особенности изготовления могут меняться в широком диапазоне относительно описанных и рассмотренных исключительно в качестве примера, не накладывающего ограничений.

Изобретение относится к области машиностроения. Предохранительное соединительное устройство включает ведущую и ведомую части, снабженные, соответственно, первыми средствами передачи крутящего момента и вторыми средствами передачи крутящего момента. Предохранительное соединительное устройство также включает чувствительные к крутящему моменту средства размыкания, предназначенные для расцепления передних зубчатых венцов первых и вторых средств передачи крутящего момента, что приводит к прерыванию передачи крутящего момента, когда крутящий момент, передаваемый между двумя частями соединительного устройства, превышает заданное максимальное значение. Чувствительные к крутящему моменту средства размыкания включают камеру давления, заполненную несжимаемой текучей средой, и клапанные средства, обеспечивающие выпуск текучей среды из камеры давления, как только превышено заданное максимальное значение давления текучей среды в этой камере. Давление текучей среды, находящейся в камере давления, создает силу, действующую на передние зубчатые венцы первых и вторых средств передачи крутящего момента. Клапанные средства содержат предохранительный клапан, установленный на одном конце канала, сообщающегося с камерой давления. Предохранительный клапан выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором он перекрывает канал, и положением выпуска, в котором он открывает канал, делая возможным выпуск, через упомянутый канал, текучей среды, находящейся в камере давления. Достигается усовершенствование конструкции. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Предохранительное соединительное устройство для передачи вращательного движения, содержащее:
- ведущую часть (10) и ведомую часть (12), выполненные с возможностью вращения вокруг одной оси (X) вращения и соответственно снабженные первыми средствами (14, 24) передачи крутящего момента и вторыми средствами (30, 36, 40, 52, 60, 62) передачи крутящего момента, имеющими передние зубчатые венцы (24, 40, 60, 62), в нормальном режиме сцепленные друг с другом для передачи крутящего момента между двумя частями (10, 12) соединительного устройства; и
- чувствительные к крутящему моменту средства (66, 72, 110) размыкания, предназначенные для расцепления передних зубчатых венцов (24, 40, 60, 62) первых (14, 24) и вторых (30, 36, 40, 52, 60, 62) средств передачи крутящего момента, что приводит к прерыванию передачи крутящего момента, когда крутящий момент, передаваемый между двумя частями (10, 12) соединительного устройства, превышает заданное максимальное значение,
причем чувствительные к крутящему моменту средства (66, 72, 110) размыкания содержат камеру (66) давления, заполненную несжимаемой текучей средой, и клапанные средства (110), обеспечивающие выпуск текучей среды из камеры (66) давления, как только превышено заданное максимальное значение (p_t) давления текучей среды в этой камере (66),
причем камера (66) давления и первые (14, 24) и вторые (30, 36, 40, 52, 60, 62) средства передачи крутящего момента выполнены таким образом, чтобы:
- давление текучей среды, находящейся в камере (66) давления, создавало силу, действующую на передние зубчатые венцы (24, 40, 60, 62) первых (14, 24) и вторых (30, 36, 40, 52, 60, 62) средств передачи крутящего момента, которая обеспечивает удержание упомянутых зубчатых венцов в сцеплении для передачи крутящего момента между двумя частями (10, 12) соединительного устройства, и
- крутящий момент, передаваемый между двумя частями (10, 12) соединительного устройства через передние зубчатые венцы (24, 40, 60, 62) первых (14, 24) и вторых (30, 36, 40, 52, 60, 62) средств передачи крутящего момента, приводил к увеличению давления текучей среды, находящейся в камере (66) давления, пропорционально передаваемому крутящему моменту, таким образом, упомянутое максимальное значение крутящего момента связано с упомянутым максимальным значением (p_t) давления, причем
клапанные средства (110) содержат предохранительный клапан (110), установленный на одном конце канала (114), сообщающегося с камерой (66) давления, причем предохранительный клапан (110) выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором он перекрывает канал (114), и положением выпуска, в котором он открывает канал (114), делая возможным выпуск, через упомянутый канал, текучей среды, находящейся в камере (66) давления, при этом упомянутое максимальное значение (p_t) давления равно установленному давлению предохранительного клапана (110).

2. Предохранительное соединительное устройство по п.1, в котором первые средства (14, 24) передачи крутящего момента снабжены первым передним зубчатым венцом (24), вторые средства (30, 36, 40, 52, 60, 62) снабжены вторым передним зубчатым венцом (40), лежащим в той же плоскости, перпендикулярной оси (X) вращения, что и первый передний зубчатый венец (24), и вторые средства (30, 36, 40, 52, 60, 62) передачи крутящего момента также содержат поршень (52), выполненный с возможностью осевого перемещения и снабженный третьим передним зубчатым венцом (60), предназначенным для сцепления с упомянутым первым передним зубчатым венцом (24) и четвертым передним зубчатым венцом (62), предназначенным для сцепления с упомянутым вторым передним зубчатым венцом (40), причем поршень (52) толкают в направлении упомянутых первого и второго передних зубчатых венцов (24, 40) за счет давления текучей среды в камере (66) давления, чтобы обеспечить, в замкнутом состоянии, характеризующем нормальную работу безопасного соединительного устройства, сцепление между упомянутыми передними зубчатыми венцами (24, 40, 60 и 62) и, таким образом, передачу крутящего момента между ведущей частью (10) и ведомой частью (12).

3. Предохранительное соединительное устройство по п.2, в котором второй зубчатый венец (40) образован элементом (36) ведомой части (12), положение которого в осевом направлении можно регулировать, чтобы расположить упомянутый зубчатый венец в той же плоскости, что и первый зубчатый венец (24).

4. Предохранительное соединительное устройство по пп.2 или 3, в котором поршень (52) содержит направляющую часть (54), установленную с возможностью осевого скольжения в цилиндрическом отверстии (56) ведомой части (12), ось которого совпадает с осью (X) вращения.

5. Предохранительное соединительное устройство по п.4, в котором ведомая часть (12) содержит зафиксированный в осевом направлении элемент (30), который имеет цилиндрическое отверстие (56) и который, вместе с поршнем (52), ограничивает камеру (66) давления.

6. Предохранительное соединительное устройство по пп.3 или 5, в котором регулируемый в осевом направлении элемент (36) и зафиксированный в осевом направлении элемент (30) ведомой части (12) соединены с целью вращения друг с другом при помощи шлицевого соединения (38).

7. Предохранительное соединительное устройство по п.2, в котором чувствительные к крутящему моменту средства (66, 72, 110) размыкания также содержат первые упругие средства (72), обеспечивающие толкание поршня (52) в направлении, противоположном силе, действующей за счет давления текучей среды, находящейся в камере (66) давления.

8. Предохранительное соединительное устройство по п.1, в котором предохранительный клапан (110) содержит подвижное тело (116), подходящее для закрывания канала (114), и вторые упругие средства (136), создающие силу, действующую на подвижное тело (116) и обеспечивающую его удержание в положении, закрывающем канал (114).

9. Предохранительное соединительное устройство по п.1, в котором предохранительный клапан (110) снабжен регулировочными средствами (138), предназначенными для регулирования установленного давления.

10. Предохранительное соединительное устройство по п.9, в котором предохранительный клапан (110) содержит подвижное тело (116), подходящее для закрывания канала (114), и вторые упругие средства (136), создающие силу, действующую на подвижное тело (116) и обеспечивающую его удержание в положении, закрывающем канал (114), причем регулировочные средства (138) предохранительного клапана (110) содержат круглую гайку (138), предназначенную для регулирования предварительного нагружения упомянутых вторых упругих средств (136).

11. Предохранительное соединительное устройство по п.1, также содержащее средства (160) хранения текучей среды, обеспеченные для автоматической компенсации возможных утечек текучей среды в камере (66) давления.

12. Предохранительное соединительное устройство по п.11, в котором упомянутые средства (160) хранения текучей среды содержат поршень (162), установленный с возможностью скольжения в соответствующем посадочном месте (164) и образующий вместе с ним уравновешивающую камеру (166), заполненную находящейся под давлением текучей среды и выполненную с возможностью ее сообщения с камерой (66) давления, и обратный клапан (172), обеспечивающий прохождение текучей среды только в направлении из уравновешивающей камеры (166) в камеру (66) давления.

13. Предохранительное соединительное устройство по п.1, также содержащее средства измерения давления, подходящие для направления сигнала, характеризующего давление текучей среды в камере (66) давления, передающие средства, подходящие для передачи сигнала, направляемого средствами измерения давления, и приемные средства, подходящие для приема сигнала, передаваемого приемными средствами, чтобы сделать возможным мониторинг крутящего момента, передаваемого безопасным соединительным устройством.