Упругая предохранительная муфта Советский патент 1987 года по МПК F16D7/00 

1

Изобретение относится к машиносроению и предназначено для защиты узлов и отдельных деталей от перегзок.

Целью изобретения является увел чение нагрузочной способности демпрующих и компенсационных свойств.

На фиг. 1 схематически изображена упругая предохранительная муфта на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; н фиг. 3 - график зависимости передаемого момента от угла закручивания (для предлагаемой муфты - сплошная линия, для муфты-прототипа - пункт

ная линия); на фиг. А - муфта, вариант, с тонкостенными стержнями переменного сечения; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. А; на фиг. 6 - диаграммы изгибающих моментов желобчатых стержней.

Муфта (фиг. 1 и 2) содержит жестко установленную на ведущем валу 1 полумуфту 2, в которой выполнены отверстия 3. В них установлены кондь стержней 4, вьтолненных в виде пакетов из тонкостенных элементов с открытым плавно очерченным поперечным желобчатым прЪфилем. Положение стержней 4 вдоль отверстия 3 фиксируется зажимами 5, проходящими через сквозные отверстия, выполненные в пакетах

Свободные концы стержней находятся в зацеплении с упорами 6 П1тырей 7, помещенных в пазах 8 ведомой полумуфты 9, жестко смонтированной на валу 10.

Муфта (фиг. 4 и 5) содержит пакеты из тонкостенных стержней 4, выполненных с переменным (трапецеидальным) поперечным сечением, уменьшающимся к их свободным концам, взаимо- действующим с упорами 6 и расположенным аксиально в торцовом зазоре межд полумуфтами 2 и 9, соответственно насаженными на валы 1 и ,10.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном (допустимом) режиме, когда момент М доп УФта работает как упругая, причем обеспечивает передачу крутящего момента между смещенными валами. Свободные концы стержней 4 (фиг. 1 и 2) при этом частично депланируют, т.е. выпрямляют свой плавно очерченный попе- речньш профиль в одной плоскости и одновременно изгибаются во взаимнр перпендикулярной плоскости, что приводит к их перемещению относительно

упоров 6 и, в конечном итоге, к повороту ведущего вала 1 относительно ведомого вала 10 на угол oi (фиг. 3).

При перегрузке ведомой полумуфты 9 моментом М М д вал 1 с полумуфтой 2 продолжают вращаться в прежнем направлении до угла взаимного по- 1зорота cf Ср до„ ,, и свободные концы стержней 4, изгибаясь, выходят из зацепления с упорами 6 штырей 7. При этом перегрузка ограничивается значением М М

АОП

и тем самым эле

менты привода предохраняются от поломок. Муфта обеспечивает передачу значительно большего допускаемого момента М до за счет выполнения упругих элементов в виде пакетов тонкостенных стержн€;й желобчатого поперечного сечения и взаимодействия упоров ведомой полумуфты со свободными концами пакетов в плоскости симметрии их поперечного сечения, что приводит к деформации стержней при изгибе в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При высокочастотных возмущениях муфта обеспечивает демпфирование возможных резонансных колебаний за счет интенсивного проскальзывания в двух взаимно перпендикулярных нап- равлениях контактирующих между собой поверхностей тонкостенных стержней в пакетах и развивающихся в результате .этого сил трения (см. фиг. 3).

Регулирование упругой характеристики муфты допускаемыми значениями Мдоп Ч доп (фиг. 3) осуществляется путем перемещения стержней вдоль- отверстий 3, или перемещение упоров 6 в пазах 8 ведомой полумуфты 9. За счет того, что зажимы 5 пропущены через сквозные отверстия, выполненные в тонкостенных стержнях 4, обеспечивается их надежная фиксация, предотвращающая сдвиг в отверстиях 3 , вследствие развивающихся при вращении муфты центробежных сил. Муфта (фиг. 4 и 5) с аксиально расположенными в торцовом зазоре между полумуфтами 2 и 9 пакетами стержней 4 переменного (трапецеидального) поперечного сечения работает аналогично, но, за счет равнопрочности пакетов стержней, несущая способность муфты при равной металлоемкости может быть повышена в 1,5 - 2 раза.

Энергоемкость муфты при равных габаритах, массе и прочностных свойствах тонкостенных стержней, даже ее31310535

ли пренебречь силами трения впятеро

вьпие, по сравнению с муфтой-прототипом за счет более равномерного распределения упругого потенциала W при деформации пакетов стержней желобчатого поперечного сечения. Несущая способность муфты в десятки раз превосходит несущую способность муфты-прототипа.

Таким образом, для каждого изотропного линейно-упругого тонкостенного стержня, изогнутого в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, упругий потенциал

Т7 - . 2Е

где G, , нормальные главные нап,Е

ряжения;

20

- коэффициент Пуассона и модуль упругости материала стержней соответственно; для стали 0,3.25

Если тонкостенный стержень 4 вы- полнен с желобчатым поперечным сечением, т.е. представляет собой круговую цилиндрическую панель длиной L, толщиной h, шириной Ъ (по развертке),30 Eh

М ределим --,- - отношение наибольших

Mj

изгибающих моментов, передаваемых тонкостенным стержнем желобчатого поперечного сечения (М,) и стержнем с прямоугольным поперечным сечением Ьх h равных габаритов и массы (М). Наивысшее значение

М 2i2222 §hibi

)2 R2

радиусом R

26

и взаимодействует

, - , „ „и соответствует радиусу кривизны оси с упором 6 вьшуклои стороной, как по-«

, тстержня р казано на фиг. 1 и 2, то его энергия)

деформации при моменте М Мд,,, сое- 35

|Э 0,265

bi

I V , ,

h

авит

0,S Ы

|Э

J Wdxdz y|gb i(4-f39); о о

Eh/2G gnp R. де и - энергия деформации;

b - ширина цилиндрической панели;длина цилиндрической панели;

40

Мом ного с визны

М

L h - толщина цилиндрической панели; г ,, /м

R - радиус желобчатого поперечно-

Сле

Отметим, что даже для наилучшей (с точки зрения получения наибольшей энергоемкост и и несущей способности) формы поперечного сечения стержня прямоугольной - соответствующие значения и оказываются в прототипе при прочих равных условиях в (4+3 5 )г 5 раз меньшими. С учетом сил трения, возникающих при проскальзывании в

двух взаимно перпендикулярных направлениях контактирующих поверхностей тонкостенных стержней желобчатого поперечного сечения в пакетах, энергоемкость предлагаемой муфты по сравнению с прототипом возрастает по меньшей мере в 5,5-6 раз, и повьштают- ся ее демпфирующие свойства.

Сопоставляя несущую способность предлагаемой муфты и известной, оп

М ределим --,- - отношение наибольших

Mj

изгибающих моментов, передаваемых тонкостенным стержнем желобчатого поперечного сечения (М,) и стержнем с прямоугольным поперечным сечением Ьх h равных габаритов и массы (М). Наивысшее значение

М 2i2222 §hibi

)2 R2

|Э 0,265

bi

I V , ,

h

Момент М- для стержня прямоугольного сечения при том же радиусе кривизны р составит:

Е bhf Т2рМ

м

Следовательно, искомое отношение

упро.

го Сечения панели; предел упругости материала панели, причем, поскольку оси координат совпадают с главными сп осями напряжений G, и G, ,

2C5jjnp Eh

G

х- Z

1h

fr X г - 1./

.- 2i235 bf p

)2 hR2

0.0093b

-Ai

R2h2

Поскольку при выпрямлении поперечного желобчатого сечения стержня напряжения в нем не должны превзойти

h. h - 2 &Cjii:p Е 2R Е

для 2-10 МПа,

то отношение М,/М с учетом выражения для h примет вид

М Elb l - .

Таким образом, например, стальных стержней при Е G 500 МПа; b/R 0,5.,.l ;

М

-- 23...368 соответственно, т.е.

М

несущая способность предлагаемой муфты может в десятки-сотни раз превзойти несущую способность муфты-прототипа.

Таким образом, несущая способност муфты при прочих равных условиях может быть повьшена минимум в 23 раза по сравнению с прототипом. Следовательно, вьшолнение в предлагаемом изобретении упругих элементов в виде пакетов, составленных из тонкостенных стержней желобчатого поперечного сечения, обеспечивает при тех же габаритах и металлоемкости муфты значительное повьшение ее несущей способности и демпфирующих свойств, с одной стороны - за счет повышения жесткости муфты на начальном участке упругой характеристики, а с другой стороны - за счет упругой деформации тонкостенных стержней в двух взаимно перпендикулярных направлениях при действии на муфту предельных крутящих моментов; благодаря взаимодействию упоров ведомой полумуфты со свободными концами пакетов в плоское ти си мметрии их поперечного сечения предотвращается скручивание и обеспечивается изгиб стержней при нагру- жении муфты, причем при взаимодействии, например с вьтуклой стороны стержней, обеспечивается больший угол поворота ведущей и ведомой , а с вогнутой - больший передаваемый крутящий момент.

В изобретении предлагается пакеты стержней выполнить с переменным по

W

15

0

5

0

0

5

перечным сечением, уменьшающимся к их свободным концам, например трапецеидальной формы , что обеспечивает равнопрочность пакетов и повьшгает несущую способность муфты.

Технико-экономический эффект от применения изобретения образуется за счет сокращения аварий и простоев в трансмиссиях приводов за счет обеспечения возможности размещения в них |муфт более высокими несущей несущей способностью, демпфирующими свойствами и энергоемкостью при обеспечении упругих свойств и возможности передачи крутящего момента между смещенными валами.

Формула изобретения

1.Упругая предохранительная муфта, содержащая две полумуфты, соединенные упругими элементами, закрепленными консольно на одной полумуфте и взаимодействующими свободными концами с закрепленными на другой полумуфте упорами, отличающаяся тем, что,, с целью повышения ее нагрузочной способности и демпфирующих свойств, упругие элементы вьшолнены

в виде пакета тонкостенных стержней желобчатого симметричного поперечного сечения.

2.Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что тонкостенные стержни желобчатого сечения вьшолнены с переменной шириной, уменьшающейся к их свободным концам.

3.Муфта попп..1и2, oтли- ч а ю щ а я с я тем, что стержни желобчатого сечения контактируют с упорами своей вогнутой стороной.

4.Муфта попп. 1и2, отли-. чающаяся тем, что стержни желобчатого сечения контактируют с упорами своей выпуклой стороной.

фие.4

Б-Б

.

фиг. 6 Составитель М. Косьминова Редактор Э, Слиган Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

Заказ 1876/31 Тираж 812Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для защиты узлов привода от перегрузок. Целью изобретения является повьшение нагрузочной способности муфты и ее демпфирующих свойств, а также компен сационных свойств. Муфта содержит полумуфту 2, в которой консольно установлены стержни 4, выполненные в виде пакета тонкостенных элементов желобчатого профиля. Свободные концы стержней контактируют с упорами 6 полумуфты 9. При перегрузке ведомой полумуфты 9 вал 1 с полумуфтой 2 продолжает вращаться и свободные кон цы стержней 4, изгибаясь, выходят из зацепления с упорами 6, т.е. деформация стержней при изгибе происхо дит в двух взаимно перпендикулярных направлениях. 3 з.п. ф-лы, 6 ил. А-А - с S6 (Л 00 СЛ 00 СЛ