Упругая предохранительная муфта Советский патент 1989 года по МПК F16D7/00 

±в

(Л

значения пакеты 4 стержней теряют устойчивость, изгибаются и сходят с граней упоров. Полумуфты свободно прокручиваются одна относительно другой. Пакеты стержней при срабатывании не накапливают больших запасов энергии, крутильная жесткость повышена о 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты узлов привода от перегрузок. Цель изобретения - повышение нагрузочной способности и крутильной жесткости. Муфта содержит полумуфту 1, охватывающую полумуфту 2, пакеты 4 упругих стержней, размещенные в полумуфте 1 посредством сухарей 5. Полумуфта 2 имеет двугранные упоры, контактирующие с консольным концом пакетов. При передаче моментов предельного значения пакеты 4 стержней теряют устойчивость, изгибаются и сходят с граней упоров. Полумуфты свободно прокручиваются одна относительно другой. Пакеты стержней при срабатывании не накапливают больших запасов энергии, крутильная жесткость повышена. 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты у.злов привода от перегрузок.

Цель изобретения - повышение нагрузочной способности и крутильной жесткости.

На фиго1 изображена муфта с местным разрезом, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.Т на фиГоЗ - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел пакета стержней в момент потери па- кет омустойчивости, разрезу на фиг.5 - то же, в момент схода пакета с упора-, на фиг.6 - то же, во время свободного хода муфты; на фиг.7 - расчетная схема пакета стержней в закритичес- кой области.

Упругая предохранительная муфта состоит из полумуфты 1 и полумуфты 2. Полумуфта 1 охватывает полумуфту 2 с зазором и снабжена крышкой 3, В радиальном зазоре между полумуфтой 1 и полумуфтой 2 размещены пакеты 4 упругих стержней. Упругие стержни имеют вид прямоугольных пластин с ВЫСТу-

пами а со стороны шарнирно закрепляемого конца. Упругие стержни могут быть плоскими или изогнутыми в поперечном сечении. Тое. могут иметь желобчатую форму. В полумуфте 1 вы- полнены пазы с опорными поверхностями б, взаимодействующими с торцовыми поверхностями пакетов стержней.

В полумуфте 1 и в крышке 3 вьтол- нены отверстия, в которых установле- ны сухари.5, имеющие угловые вырезы. В эти вырезы входят выступы а стержней.

Таким образом осуществляется размещение пакетов 4 стержней в полумуф те 1, не препятствующее повороту стержней в опоре при изгибе, а также при свободном ходе, муфты.

Полумуфта 2 имеет упоры 6, вьшол- ненные двугранными, рабочая поверх- ность каждого из которых выполнена в виде внутреннего двугранного угла.

Грань в этого угла взаимодействует со свободной торцовой поверхность

пакета стержней, грань г - с боковой поверхностью пакета в плоскости его наименьшей жесткости. Длина этой грани меньше половины длины пакета. Вне зависимости от точности изготовления стержни имеют некоторую начальную погибь, определяющую направление выпучивания при потере устойчивостио Пакеты стержней установлены так, чтобы выпучивание происходило в сторону грани г, т„е. стержни обращены на- чальньм прогибом к этой грани, опираются консольным концом на нее. Га- рантиров.аниое направление начального прогиба может быть создано и усилием пружины, действующей на-боковую поверхность пакета. В данной конструкции в полумуфте 1. установлены пружины, 7, которые поджимают пакеты стержней к упорам 6 полумуфты 2 и создают гарантированное направление начального прогиба стержней. Предохранительная муфта соединяет валы 8 и 9 транс /иссии.

Муфта работает следующим образом При загрузке крутящим моментом на торцовые поверхности пакетов 4 упругих стержней действуют сжимающие усилия Р (фиг,). При достижении нагрузкой критического значения пакеты стержней теряют устойчивость и изгибаются о

Упругая линия изгиба при этом имеет несимметричную S-образную форму, обусловленную действием силы трения на торцовой поверхности пакета со стороны грани в и реакции опоры R со стороны грани го При дальнейшей деформации пакета в закритической области практически с постоянным усилием Р реакция R достигает следующего значения (фиг.4 и 7):

. L - d

Р

EI

(pL)

г

(1)

где f - наибольшая величина коэффициента трения скольжения

между пакетами 4 стержней и поверхностью в упора 6j

длина пакета (стержней)j

длина Гранин г упора

модуль упругости материала стержнейi

момент инерции сечения стержней;

коэффициент приведенной длины .

Соответствующее этой реакции R значение максимального прогиба пакета стержней определяется следующими зависимостями: 5

Е75-1

fdsimZ /|HL

j-uoj-ii t/j /(ij/О

sinI((L)iri r(Usin |u2 -d/|uL)1

it- (UL

Z --arccos (d/L)tr J

(3 где Z - координата no длине пакета,

соответствующая e (фиг,7). При этом S-образная форма изгиба стержней переходит в С-образную и торцовые поверхности стержней сходят с опорной грани в, обеспечивая свободный ход муфты (фиг.5 и 6) . Очевид- Ч,- 1- fit 0

., ,,ЗУ t-Лг т J -|

HOj что длина-грани г (размер d) не

30

5Y 3Z L-d

э Y

. . r,L-d., (ULsin|(---)-j

должна превышать половину длины пакета, поскольку в противном случае переход S-образной формы изгиба в С-образную может произойти в сторон. противоположную грани г без хода с опорной грани в, и пакет стержней ожется заклиненным.

Нагрузочная способность муфты определяется продольной устойчивостью пакета стержней Величина критической силы при этом может быть весьма велика, поскольку для обеспечения свободного кода после срабатывания не требуется большой величины прогиба в закритической области.

Далее определяют на основании уравнений (2) и (3) значения е, необходимые для срабатывания муфты, которые сравнительно невелики. Деист- вительно, даже полагая 0,2..0,3, например, при ,3 в соответствии с (2) и (3) получают е(0,011...0,16)L, причем входящее в уравнения (2) и (3) (,558.

При ,2...0,3 ,1 соответственно е(0,029. . .0,044)L, (Ц 0,652.

Уравнения (2) и (3) получены из следующих соображений.

Поперечньй прогиб стержней в за- критической области на участке ОА (фиг.7) составит

Д

.(L-d).

(А)

где У- - прогиб в точке перегиба

стержней; Z - координата по длине пакета

стержней.

Постоянную С определяют из условия равенства нулю прогиба в точке А (фиг.7):

(L-d/iT ----i-

pL

AB fd.

(5)

(6)

5

Максимальная величина Y

Ч,- 1- fit 0

ЗУ t-Лг т J -|

0

вечает координате Z :

5Y 3Z L-d

М0(нс

е отf TTZ

э Y

откуда

. . r,L-d., (ULsin|(---)-j

Ci i DliJi l Z iiCltl l

(l-d/D T

40

Сравним предлагаемую муфту и известную по нагрузочной способности, т.е. по предельному передаваемому моменту и по жесткости на начальном участке упругой характеристики, т.е. до достижения предельного передаваемого момента.

Наибольшие передаваемые муфтами моменты при одинаковых габаритах, числе пакетов стержней, материале, и конфигурации, определяются очевидно небольшими допускаемыми усилиями на каждый из пакетов. Например, в. предлагаемой муфте это наибольшее значение Р при наибольшем прогибе е (фиг.4) из условий прочности составит:

Р w/df,

(7)

где n - число стержней в пакетеJ ( - допускаемое нормальное

напряжение для стержней; W - момент сопротивления сечения стержня изгибу в плоскости наименьшей жесткости.

Аналогичное значение наибольшего усилия Р4 для муфт, у которых кон- сольно закрепленные стержни длиной L подвержены поперечному изгибу, при прочих равньк условиях составит:

Р, - пр W/L.

(8)

Отсюда ...6, поскольку f ,0,3...0,4, ,5L (фиг.4)„

Крутильная жесткость предлагаемой муфты до достижения предельного момента постоянна и определяется продольной жесткостью С каждого пакета стержней на сжатие:

ЭР E b-n-h С „ -- --,

(9)

где Е - модуль упругости материала b,h - ширина и толщина поперечного сечения стержней ,

Изгибная жесткость равного пакета консольно защепленных стержней, если пренебречь диссипативными силами, составит не более

9Р с -2-i 9Z, L

(10)

прогиб нагруженного силой

Р, конца защемленного пакета;

момент инерции сечения стержня.

(9) и (10)

С 1

b h-L -

(11)

Например, для прямоугольного сечения стержней I bh /12 и в соответствии с (11)

г L

-- Гг 400...900,

С f п

(12)

даже при ...15, а при больших отношениях L/h еще больше.

Для стержней же с желобчатым круговым поперечным сечением с достаточной точностью

h-b%. . , . ---3-(c.-fsinc/- --),

(13)

где ч - угол кругового сечения.

Даже наибольшее значение. 1 для сечения в виде пол укол ьца( составит

i (-8/r), откуда согласно (5)

(14)

Ъ 1

2 L

3( r-8/fr)b235

(15)

0

5

0

5

0

5

5

0

Следовательно, даже при ,5. . .2. ...140, и с ростом L/b С/С, возрастает.

Таким образом, жесткость предлагаемой муфты по меньшей мере на два порядка выше жесткости из вестной муфты. Поэтому пакеты стержней в изобретении не накапливают при срабатывании больших запасов энергии. Это позволяет расширить область применения муфты на машины с высокими скоростями, большими маховыми массами и крутящими моментами, а также на автоматические машины и агрегаты при отсутствии непрерывного контроля за их работойо Муфта может быть выполнена не только односторонней (обгонной) но и двусторонней. Регулирование ее предельного ч момента срабатывания возможно и за счет изменения количества стержней в пакетах и за счет их поперечного сечения.

Технико-экономический эффект от применения изобретения образуется за счет предотвращения аварий и простоев благодаря обеспечению возможности расширения области применения предлагаемой муфты на более мощные, высокоскоростные и автоматические машины и агрегаты.

Формула изобретения

Упругая предохранительная муфта, содержащая две полумуфты, на одной из которых консольно закреплены пакеты упругих стержней, а на другой по- л,умуфте расположены упоры, контактирующие с боковыми поверхностями пакетов стержней, отличающаяся тем, что, с целью повьт1ения нагрузочной способности и крутильной жесткости, пакеты упругих стержней закреплены на полумуфте шарнирно, хроры вьтолнены двугранными, одна

грань которых расположена перпендикулярно направлению пакетов и контактирует с торцом каждого пакета, другая совпадает с направлением расположения пакета стержней, а ее длина меньше половины длины пакета.

:

Фиг.Ч

Ф(€.6

мкс