Упругокомпенсационная муфта Советский патент 1993 года по МПК F16D3/52 

Шиг2

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях для соединения валов машин и механизмов в условиях смещений валов и при наличии динамических нагрузок.

Цель изобретения - плавное без замены упругого элемента регулирование жесткости муфты путем изменения жесткости упругого элемента.

Указанная цель достигается тем, что в известной упругокомпенсационной муфте, содержащей две фланцевые полумуфты, соединенные между собой упругим элементом в виде кольцеобразно изогнутой винтовой пружины с равномерно расположенными по окружности витками, на взаимно обращенных поверхностях фланцев полумуфт выполнены открытые со стороны периферии кольцевые торообразные пазы, а пружина размещена в совмещенных пазах полумуфт, при этом каждый виток пружины прикреплен к полумуфтам с возможностью изменения расположения мест креплений. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая уп- ругокомпенсационная муфта отличается тем, что на взаимно обращенных поверхностях фланцев полу.муфт выполнены открытые со стороны периферии кольцевые торообразные пазы, пружина размещена в совмещенных пазах полумуфт, при этом каждый виток пружины прикреплен к полумуфтам с возможностью изменения расположения мест креплений.

На фиг. 1 изображен вид с торца на муфту с упругим элементом в виде кольце- образяо изогнутой винтовой пружины;-на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг, 5 - вид с торца на муфту с упругим элементом в виде отдельных радиально расположенных колец; на .фиг. 6 и 7 - расчетные схемы для определения жесткости упругого элемента при закреплении упругого элемента в положении I на фиг. 1; на фиг. 8 и 9 - расчетные схемы для определения жесткости упругого элемента при закреплении упругого элемента в положении I на фиг. 1.

Заявляемая муфта может быть выполнена в большом числе конструктивных вариантов. На фиг. 1-4 представлен един из вариантов, а на фиг. 5 -другой. Оба варианта предназначены для пояснения сущности изобретения и не претендуют на оптимальность конструкции.

Муфта содержит две полумуфты 1 с фланцами 2. На взаимно обращенных поверхностях фланцев 2 выполнены открытые

со стороны периферии кольцевые торообразные пазы 3. Полумуфты 1 соединены между собой упругим элементом, выполненным в виде кольцеобразно изогнутой винтовой пружины 4 с равномерно расположенными по окружности витками и размещенным в совмещенных пазах 3 полумуфт 1: На фланцах 2 полумуфт 1 выполнены кроме того пазы 5 с прорезями 6. Оси пазов

5 и прорезей 6 наклонены к радиусам пересекающим пази 5 и прорези 6 посередине их длины под углом Ч подъема витков пружины 4. В пазах 5 установлены- каретки 7, снабженные кольцами 8с резьбой. В карет«ах 7 имеются отверстия 9, в которых установлены резинометаллические элементы, состоящие из наружной металлической втулки 10, резиновой втулки 11 и внутрен- ней металлической втулки. Внутренняя ме-таллическая втулка имеет в сечении Б-Б форму сегмента тора, радиус кривизны оси которого равен радиусу кривизны оси витков пружины 4, В поперечном сечении В-В внутренняя металлическая втулка выполне

на разрезной, состоящей из нескольких, например трех, секторов 12. Витки пружины 4 пропущены через отверстия в резинометал- лических элементах. Крепление кареток 7 к фланцам 3 полумуфт 1 осуществляется гай- ками 13, опирающимися на пружинные шайбы 14 и шайбы 15.

Полумуфты 1 могут быть соединены между собой как одним упругим элементом, выполненным в виде пружины 4, так и не

сколькими отдельными упругими элемента

ми 16, расположенными радиально и выполненными в виде колец круглой, эллиптической или иной формы. Поперечное сечение, витков винтовой пружины 4 и отдельных упругих элементов 16 может быть круглым, эллиптическим, квадратным, прямоугольным, и т.д. Крепление упругих элементов к полумуфтам 1 может осуществляться известными в технике способами, or- личными or представленного на фиг. 1-4. Муфта работает следующим образом. При вращении ведущей полумуфты, роль которой может выполнять любая из полумуфт 1, вращающий момент передается на ведомую полумуфту через один упругий элемент или несколько упругих элементов 16, соединяющих полумуфты 1. При дина- мйческих нагрузках кинематическая энер- , гия ударов частично аккумулируется

упругими элементами и резиновыми втулками 10, превращаясь в потенциальную энергию деформации, а частично поглощается и переходит в теплоту за счет главным обра- зом внутреннего трения в резине втулок 10. При взаимных смещениях соединяемых валов упругий элемент, соединяющий полумуфты 1 и резиновые втулки 10 дополнительно деформируются, компенсируя смещения. .

При необходимости изменения жесткости муфты ослабляют гайки 13 и перемещают каретки 7 в пазах 5. При этом пальцы 8 перемещаются к прорезях 6, а внутренние металлические втулки кареток - по виткам (или кольцам) упругого элемента. При некруглом поперечном сечении упругого элемента крепление последнего к каретке 7 будет отличаться от описанного выше,

Рассмотрим изменение крутильной жёсткости муфты при перемещении кареток 7 из положения I в положение II. Расчет проведем для муфты с отдельными упругими элементами в виде радиально расположенных колец 16с круглым поперечным сечением (фиг.5) и углом о 15°. При фиксировании кареток 7 в положении I упругий элемент рассматриваем как два полукольца: 17 (фиг.6) и 18 (фиг. 7) с заделанными концами, а жесткость муфты определяем по формуле

Ti 2 0.Z {

зг Й2(-| + 1)+8Рг+2згг2

Е I

+ GV(-I)}

}п

В качестве примера рассмотрим муфту с размерами

r 10d; R 5r 50d.(4)

Подставляя (2), (3) и (4) в (1), получим

Ti-0. 14790 ZEd3. При 0 5° 0,08727 рад

Ti -0,1479-0,08727 ZEd3 0,01291 ZEd3.

При фиксировании кареток 7 в положении II упругий элемент рассматриваем как две дуги окружности 19 (фиг.8) и 20 (фиг.9). Получение для этого случая точной зависи- мостиТ - в связано с большим объемом

вычислений. Поэтому применим приближенный метод, дающий значительно заниженное значение вращающего момента Т, полагая, что концы дуг 19 и 20 не заделаны, а вращающий момент Т создается только

окружными силами Fig и F2o:

25

(Fi9+F2o)Rl. При r 10d и G 0,385 Е получим

F19

Е d(3i9 312369,5

F20

Е d&o 972,8

(5)

(6)

30

где dig 620 Ri sin 9

(7)

Использование: машиностроение, во всех отраслях народного хозяйства для соединения валов машин и механизмов в условиях смешения валов и при наличии динамических нагрузок. Сущность изобретения: муфта содержит две фланцевые полумуфты 1 с торообразными кольцевыми пазами и упругий соединительный элемент в виде кольцеобразно изогнутой винтовой пружины 4с равномерно расположенными по окружности витками. Пружина 4 размещена в совмещенных пазах полумуфт 1. Каждый виток пружины прикреплен к полумуфтам с возможностью изменения расположения мест крепления. 9 ил.

где Т - вращающий момент, передаваемый муфтой;.

в -угол закручивания муфты, в радианах;

Z - число упругих элементов в муфте;

R - радиус расположения заделки;

г - радиус кривизны средней линии упругого элемента;

Ё.- модуль упругости первого рода для материала упругого элемента;

G - модуль упругости второго рода для материала упругого элемента; ..

для стали G 0.385E;

I - момент инерции сечения упругого элемента в плоскости изгибающего момента;

1к - полярный момент инерции сечения упругого элемента; для круглого поперечного сечения,

lk

3rd 32

где d - диаметр поперечного сечения упругого элемента.

Для стального стержня с круглым поперечным сечением

Glk

Е I

0,77

(3)

35

Найдем смещения концов дуг 19 и 20 в плоскости, перпендикулярной плоскости их кривизны при закручивании муфты вращающим моментом Т,

Rt R-r cosa 5r-r cos 15° 4,034 R 40,34d(8)

При sin в 0,0871558(9). 40 Подставляя (6), (7), (8) и (9) в (5) получим

Ти 0,087155840,342 ( + т )

.Ь у/2,о

XZEd3 0,14569 ZEd3. . 45 Тогда

Ти 0.14569 ZEdJ TI 0,01291 ZEd3

11,285.

50

55

Таким образом, при перемещении кареток 7 из положения I в положение II жесткость рассмотренной в примере муфты возрастает в 11,285 раза. Как отмечалось выше, фактическое увеличение жесткости будет больше, так как при фиксировании кареток 7 в положении II при расчете не учитывалась жесткая заделка концов дуг 19 и 20. Фактическое отношение Тц/Т| может возрасти в несколько раз по сравнению с

полученным в примере числом 11,285 в зависимости от размеров R, г и d, размеров и формы сечения упругого элемента, угла а. материала упругого элемента.

Выполнение крепления упругого элемента к полумуфтам с возможностью изменения расположения мест крепления на упругом элементе позволяет плавно регулировать жесткость муфты без замены упругого элемента.

Формула изобретения Упругокомпенсационная муфта, содержащая две фланцевые полумуфты, соедит

0

ненные между собой упругим элементом в виде кольцеобразно изогнутой винтовой пружины с равномерно расположенными по окружности витками, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности плавного регулирования жесткости, на взаимно обращенных поверхностях фланцев полумуфт выполнены открытые со стороны периферии кольцевые торообразные пазы, пружина размещена в совмещенных пазах полумуфт, при этом каждый виток пружины прикреплен к полумуфтам с возможностью изменения расположения мест креплений.