Предохранительная кулачковая муфта Советский патент 1992 года по МПК F16D7/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для передачи крутящих моментов ограниченной величины.

Известна предохранительная кулачковая муфта, содержащая две полумуфты, соединенные посредством торцовых кулачков трапецеидального профиля и поджатые одна к другой группой пружины.

Муфта имеет невысокую нагрузочную способность и значительный износ рабочих поверхностей кулачков при срабатывании.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и дости земому результату является предохранительная кулачковая муфта, содержащая две полумуфты, размещенные соосно и подпружиненные посредством упругого элемента одна к другой, связанные посредством торцовых кулачков, выполненных на обращенных один к другому фланцах полумуфт, одна из полумуфт установлена подвижно в осевом направлении, вторая - в окружном на- с правлении

Недостатком известной муфты является низкие эксплуатационно-технологические свойства вследствие сложности изготовления кулачков и невысокой нагрузочной способности.

Цель изобретения - повышение эксплуатационно-технологических свойств муфты путем упрощения изготовления кулачков и повышения ее нагрузочной способности.

Поставленная цель достигается тем, что предохранительная кулачковая муфта, содержащая две соосно размещенные и подпружиненные посредством упругого элемента одна к другой полумуфты, связанные посредством торцовых кулачков, выполненных на обращенных один к другому фланцах полумуфт, одна из полумуфт уста- новленз подвижно в осевом направлении, вторая - в окружном направлении, снабжена нажимным узлом, установленным на подвижной в окружном направлении полумуфте и содержащим подпружиненную посредством дополнительного упругого элемента в направлении второй полумуфты, расположенную со стороны нерабочей торцовой поверхности фланца первой полумуфты и установленную с возможностью осевого относительно полумуфты перемещения нажимную втулку и нажимные тела качения, размещенные в гнездах с наклонными рабочими поверхностями, выполненных на фланце полумуфты и нажимной втулке, при этом фланец установлен с возможностью вращения относительно полумуфты, а осевая жесткость дополнительного упругого элемента выбирается из следующего соотношения

.2 - /tgj Л

Zi

(«-/P)(-) r2tgactg 1 (ct-/a)

где Z - осевая жесткость основного упругого элемента;

П.Г1.Г2 и гз- соответственно расстояние от си муфты до кулачков полумуфт, радиус посадочного отверстия подвижной в осевом направлении полумуфты, расстояние от оси муфты до нажимных тел качения и радиус посадочного отверстия нажимной втулки;

а ,р ,р- соответственно угол профиля к оси кулачка, угол между рабочей поверхностью гнезда нажимной втулки и осевой плоскостью муфты, проходящей через центр нажимного тела качения, и угол трения между кулачками;

f - коэффициент трения в связи нажимной втулки и полумуфты.

На фиг.1 изображена предохранительная кулачковая муфта, принципиальная схема; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Предохранительная кулачковая муфга содержит вал 1, на котором соосно размещены подвижная в осевом направлении относительно вала полумуфта 2, связанная с валом 1 посредством направляющей шпонки 3 и имеющая фланец, обращенный к фланцу 4, и подвижная в окружном направлении полумуфта 5. На фланцах выполнены торцевые кулачки трапецеидального либо треугольного профиля с плоскими рабочими поверхностями, посредством которых фланец полумуфты 2 связан с фланцем. 4. Последний установлен с возможностью арящения относительно полумуфты 5 и опирается справа на ее буртмк через упорный шарикоподшипник

Муфта снабжена нажимным узлом, содержащим нажимные тела ка«ения, выпол, ненные в рассматриваемом примере в виде шариков 6, размещенных в гнездах с наклонными рабочими поверхностями (фиг,2), которые выполнены на фланце 4 и нажимной втулке 7, связанной с полумуфтой 5 посредством направляющей шпонки 8 и имеющей возможность осевого отоситель- но полумуфты 5 перемещения. Нажимная втулка 7 установлена со стороны нерабочего

торца фланца 4,

Полумуфта 2 подпружинена в направлении полумуфты 5 упругим элементом в виде пружины сжатия 9, и нажимная втулка 7 подпружинена в направлении полумуфты 2

дополнительным упругим элементом, выполненным также в виде пружины сжатия 10. Обе пружины установлены с предварительным сжатием, причем усилие предварительного сжатия пружины 10 равно по

меньшей мере аналогичному усилию пружины 9.

Усилия сжатия пружин 9 и 10 регулируются на соответствующую величину посредством регулировочных элементов

соответственно 11 и 12.

Муфта работает следующим образом. Передача крутящего момента от вала 1 через шпонку 3, полумуфту 2 осуществляется посредством кулачков на фланец 4 и далее через шарики 6, нажимную втулку 7 и шпонку 8 на полумуфту 5. В этом случае, когда ведущей является полумуфта 5, передача крутящего момента на вал 1 происходит в обратном порядке. При передаче

крутящегр момента на кулачках фланцев полумуфт возникает осевая сила, которая уравновешивается силами сжатия пружин 9 и 10. Параметры нажимного узла выбираются такими, чтобы при отсутствии ггерегруэки

распорная сила на шариках 6 не превышала силу сжатия пружины 10 и силу трения на шпонке 8 и осевое положение нажимной втулки 7 оставалось неизменным.

При наступлении перегрузки возрзстает окружная сила на кулачках, а также окружная сила на шариках 6, что приводит к перемещению вправо полумуфты 2, которое сопровождается сжатием пружины 9, и к перемещению влево нажимной втулки 7, сопровождающемуся сжатием пружины 10 и поворотом фланца 4 относительно полумуфты 5.

Следовательно, в процессе срабатывания муфты кулачки фланцев полумуфт, выходя из зацепления друг с другом, продолжают контактировать по плоской рабочей поверхности благодаря синхронному с полумуфтой 2 повороту фланца 4. Это позволяет снизить величину контактного давления на кулачках и повысить нагрузочную

способность муфты, а также уменьшить износ рабочих поверхностей кулачков.7

Для обеспечения условия контакта ку- лачков по плоскости их рабочих прверхно- стей в процессе срабатывания муфты необходимо, чтобы угол поворота фланца 4 относительно полумуфты 5 был равен углу поворота полумуфты 2 относительно полумуфты 5, соответствующему выходу кулачков из зацепления друг с другом. Отсюда следует, что угол поворота фланца 4 относительно полумуфты 5 должен иметь определенную величину, что накладывает соответствующее ограничение и на величину осевого перемещения влево нажимной втулки 7.

Определение соотношения между параметрами элементов муфты, обеспечивающего выполнение указанного условия, производится на основе следующих рассуж- дений.

Прирост окружной силы на кулачках в момент выхода их из зацепления равен

где гз - радиус посадочного отверстия нажимной втулки 7, Коэффициент трения на шпонке 8 принят равным коэффициенту трения на шпонке 3,

Величина линейного перемещения по окружности фланца 4 в зоне его контакта с шариками б определится на основе решения пропорции

i«Ј.откуда Х-|Ј ,

или, учитывая, что a,

XHt.l гда.

(6)

Тогда прирост силы сжатия пружины 10 составит

A Fi XZictg Zitga ctg Д(7)

где Zi - осевая жесткость пружины 10.

Уравнение равновесия нажимной втулки 7 для момента выхода кулачков из зацепления друг с другом имеет вид

AFp- AF V Afj , или, с учетом выражений (4), (5) и (7)

Использование: для передачи крутящего момента ограниченной величины. Сущность изобретения: полумуфты (П) 2 и 5 размещены на валу 1 и снабжены фланцами с торцовыми кулачками, посредством которых осуществляется связь между П. Фланец 4 установлен на П 5 с возможностью вращения, П 2 имеет возможность осевого перемещения и поджата к фланцу 4 пружиной 9. Шарики 6 размещены в гнездах с наклонными рабочими поверхностями, которые выполнены на фланце 4 и нажимной втулке 7, которая установлена с возможностью осевого относительно П 5 перемещения и поджата в направлении фланца 4 и пружиной 10, При перегрузке происходит выход из зацепления друг с другом кулачков фланцев П 2 и 5, сопровождающийся синхронным поворотом П 2 и фланца А. что обеспечивает полному контакта между кулачками в течение процесса их разъединения, 2 лп.

A F0( A F- A FTp)ctg( а р),

где A - прирост силы сжатия пружины 9; h - высота профиля кулачка; Z - осевая жесткость пружины 9; A FTp - прирост силы трения на шпонке 3; а-угол профиля к оси кулачка; р- угол трения между кулачками. Но

A f,

где г- расстояние от оси муфты до кулачков; п - радиус посадочного отверстия полумуфты 2; f - коэффициент трения на шпонке 3.

Подставив результат (2) в уравнение (1), получим

д Fi- h2ctg (д-р)

1 ctg («-/)

(3)

Соответствующий прирост распорной силы на шариках 6 составит:

AFp AFotg/ f F0 -hZctg(g-p) , Г2 +JLfctg/a /J)

P)

tgЈ,

где Г2 - расстояние от оси муфты до шариков 6; ft- угол между рабочей поверхностью гнезда нажимной втулки 7 и осевой плоскостью муфты, проходящей через центр соответствующего шарика 6.

Прирост силы трения на шпонке 8

25 Zrctg(q-p) rtg/ f ч

(

Г2

30

(a-p) Ziy tgactg/3,

гз

)

решая которое, получим1

35 Zi2rgctg(a-/)(-)

r2tgactg/ 1 ctg (a-p)

, (8)

Полученное математическое выражение устанавливает соотношение между параметрами элементов муфты, выполнение ® которого обеспечивает контакт между кулачками по плоскости в процессе срабатывания независимо от осевого положения полумуфты 2 в период выхода кулачков из зацепления друг с другом, что позволяет получить эффект.

Для обеспечения указанной последовательности взаимодействия элементов муфты в процессе ее срабатывания необходим, чтобы при перегрузке распорная сила на шариках б превышала сумму силы сжатия пружины 10 и силы трения на шпонке 8, т.е.

Fp Fio+FTp.8, или

55

tg/ Fio+l.n (9)

где Т.- момент настройки муфты. Но

т .

Fg -r

tQ(«-/o)f

(10)

подставив полученный результат в неравенство (9), имеем:

Fiorz tg(.i-/5)

п

f9 Г

+ &t.

гз

Полученное неравенство удоалетооряет условию (9) и является необходимым, но недостаточным условием обеспечения указанной последовательности взаимодействия элементов муфты в процессе ее срабатывания, поскольку нарастание окружной силы на кулачках должно обеспечивать прирост распорной силы на шариках б, достаточный для перемещения влево нажимной втулки 7. Необходимость принятия данного условия обусловлена тем, что осевые жесткости пружин 9 и 10, устанавливаемые в соответствии с соотношением (8), могут быть неодинаковыми, прирост силы сжатия пружины 50 может быть больше, чем прирост силы сжатия пружины 9, и не будет обеспечено необходимое осевое перемещение нажимное втулки 7.

Это обеспечивается выполнением следующего условия

JcH-F Jp.8,(t2)

где F p - распорная сила на шариках б, соответствующая моменту выхода кулачков из зацепления друг с другом; F1 ю - сила сжатия пружины 10 для указанного момента времени; F1 Tp.8 сила трения на шпонке 8 для указанного момента времени.

Но

«V

Г2

F1 W-FIO+- AFi,

,

где Т - крутящий момент, передаваемый муфтой в момент выхода кулачков из зацепления друг с другом.

Тогда, подставив полученные выражения в неравенство (12),

..()-r

f

Н

tg(a-p)Јf

aFio+h Zitgactg.(13)

- Условие (13) является достаточным для обеспечения отхода нажимной втулки 7 влево на необходимое расстояние, при котором

происходит синхронный поворот полумуф ты 2 и фланца 4.

Муфта может быть снабжена ограничи телем осевого перемещения влево нажимной втулки 7, устанавливаемым на полумуфте 5, что повышает надежность работы нажимного в условиях резкоудар- ных нагрузок.

Фланец 4 может быть зафиксирован от

осепого смещения влево,

При настройке муфты на необходимый номинальный крутящий момент, которая производится посредством регулирования силы сжатия пружины 9, осуществляется одповременно и регулирование силы сжатия пружины 10 таким образом, чтобы обеспечивалось выпопнение условий (11) и (13).

Использование изобретения позволит упростить изготовление кулачков и повысить нагрузочную способность муфты, Формула и з о б р е т е н и я Предохранительная кулачковая муфта, содержащая две соосно размещенные и подпружиненные посредством упругого

опемента одна к другой полумуфты, связанные посредством торцовых кулачков, выполненных на обращенных один к другому фланцах полумуфт, одна из полумуфт установлена подвижно в осевом направлении,

вторая - в окружном направлении, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационно-технологических свойств муфты пугем упрощения изготовления кулачков и повышения ее нагрузочной способности, ока снабжена нажимным узлом, установленным на подвижной в окружном направлении полумуфте и содержащим подпружиненную посредством дополнительного упругого элемента в направлении второй

полумуфты, расположенную со стороны нерабочей торцовой поверхности фланца первой полумуфты и установленную с возможностью осевого относительно полумуфты перемещения нажимную втулку и нажимиые тела качения, размещенные в гнездах с наклонными рабочими поверхностями, выполненных на фланце полумуфты и нажимной втулке, при этом фланец установлен с возможностью вращения относи0 тельно полу муфты, а осевая жесткость дополнительного упругого элемента выбирается из следующего соотношения

Zi«

(«-p)(mЈ-l)

rstgactg/Sn (а/э)

где Z - осевая жесткость оснозного упругого элемента;

г,п,Г2 и гз - соответственно расстояние от оси муфты до кулачков полумуфт, радиус посадочного отверстия подвижной в осевом направлении полумуфты, расстояние от оси муфты до нажимных тел качения и радиус посадочного отверстия нажимной втулки;

a ,f$ ,р соответственно угол профиля к оси кулачка, угол между рабочей поверхноА А

#&елще#&

7/f

стью гнезда нажимной втулки и осевой плоскости муфты, проходящей через центр нажимного тела качения, и угол трения между кулачками;

f - коэффициент трения в связи нажимной втулки и полумуфты,

ом