Способ монтажа нереверсивной муфты

 

Изобретение может быть использовано в приводах машин различных отраслей промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что соединяемые между собой полумуфты с упругим элементом при сборке нагружают в таком направлении, чтобы при освобождении дополнительного упругого элемента он обеспечил контакт нерабочих поверхностей полумуфт, а между рабочими поверхностями - зазор. При рабочем нагружении такой муфты рабочую нагрузку будет сначала воспринимать упругий элемент, а при нарастании нагрузки и деформации упругого элемента на величину зазоров между рабочими поверхностями полумуфт восприятие нарастающей рабочей нагрузки будет осуществляться рабочими поверхностями полумуфт. Рабочая нагрузка будет параллельно восприниматься упругим элементом и рабочими поверхностями полумуфт, что снижает нагрузку на рабочие поверхности и повышает надежность и долговечность их. Для равномерного нагружения крутящим моментом предварительное нагружение упругого элемента осуществляют на величину, равную 0,5 рабочего крутящего момента. Такой способ позволяет при сохранении контактных напряжений на рабочих поверхностях полумуфт увеличить нагрузочную способность или, при сохранении нагрузочной способности, уменьшить контактные напряжения. 12 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть преимущественно использовано в силовых нереверсивных приводах машин различных отраслей промышленности.

Известен способ монтажа нереверсивной муфты, при котором упругий элемент, поджимающий полумуфты в окружном направлении, нагружают крутящим моментом, обеспечивая контакт нерабочих поверхностей соединительных элементов полумуфт и зазор между рабочими поверхностями соединительных элементов [1] При известном способе монтажа имеет место значительный люфт при передаче крутящего момента, что используется при необходимости свободного хода.

Целью изобретения является повышение нагрузочной способности и долговечности соединительных элементов муфты.

Для достижения цели при монтаже нереверсируемой муфты осуществляют предварительное нагружение расположенного между полумуфтами упругого элемента, поджимающего полумуфты в окружном направлении, на крутящий момент, равный половине рабочего крутящего момента, передаваемого муфтой.

Использование способа монтажа нереверсивной соединительной муфты показывает применительно к конструкциям различных типов муфт.

На фиг.1 и 2 показаны варианты конструктивного исполнения зубчатых муфт с предварительно напряженным упругим элементом, выполненным соответственно в виде наружной и внутренней пружин кручения; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1 и 2 по зубчатому зацеплению муфт; на фиг.4 7 показаны варианты конструкции втулочно-пальцевых муфт с предварительно напряженными упругими элементами, выполненными соответственно в виде тангенциальных цилиндрических пружин сжатия и растяжения; на фиг.8 и 10 изображены варианты исполнения муфты с универсальными шарнирами Гука и предварительно напряженными упругими элементами, выполненными соответственно в виде пружины кручения и тангенциальных пружин сжатия; на фиг. 9 и 11 показаны поперечные сечения Е-Е на фиг.8 и Ж-Ж на фиг.10 по универсальным шарнирам; на фиг.12 показана характеристика муфты зависимость крутящего момента от хода (Н взаимной закрутки) соединяемых полумуфт.

Зубчатая муфта содержит ведущую и ведомую полумуфты 1 и 2 с внешними зубьями (фиг.1), закрепленные на соединяемых ведущем и ведомом валах 3 и 4, полумуфты 5 и 6 с внутренними зубьями, соединенные между собой через промежуточную втулку 7, и упругий элемент 8, выполненный в виде пружины кручения и закрепленный своими торцами на полумуфтах 1 и 2 с предварительной закруткой в рабочую сторону, при этом реверсивные силы предварительной закрутки воспринимаются нерабочими поверхностями 9 зубьев. Полумуфты 1 и 2 в свободном состоянии находятся в зацеплении с полумуфтами 5 и 6, и их зубья за счет предварительной закрутки упругого элемента 8 контактируют нерабочими поверхностями 9 (фиг.3), в то время как между рабочими поверхностями 10 зубьев имеют место зазоры И, равные величине окружного люфта муфты.

Сборку зубчатой муфты, показанной на фиг.1, осуществляют следующим образом. Полумуфты 1 и 2 в сборе с полумуфтами 5 и 6 соответственно устанавливают на валы 3 и 4. На полумуфту 1 закрепляют упругий элемент 8. На полумуфту 5 закрепляют промежуточную втулку 7. При сдвинутой в осевом направлении полумуфте 5 с промежуточной втулкой 7 влево упругий элемент 8 закрепляют на полумуфте 2. При заторможенном вале 4 вал 3 закручивают по стрелке К в сторону направления рабочего крутящего момента на необходимый угол упругого элемента (пружины кручения) 8 и в таком положении скрепляют промежуточную втулку 7 с полумуфтой 6. После освобождения валов 3 и 4 от нагpузок под действием pеактивного крутящего момента закрученного упругого элемента 8 контакт зубьев с рабочих поверхностей 10 переходит на нерабочие повеpхности 9, между рабочими поверхностями 10 образуется зазор И, а упругий элемент 8 в свободном положении муфты оказывается в напряженном состоянии, то есть закрученным навстречу рабочему крутящему моменту. Величина крутящего момента при встречной закрутке упругого элемента (пружины кручения) 8 может доходить до половины рабочего крутящего момента. В этом случае осуществляется одинаковое усилие на нерабочие и рабочие поверхности зубьев муфты. Для упрощения (удобства) сборки муфты промежуточная втулка 7 может быть выполнена сборной из двух частей: с поперечной (телескопической) или с продольной плоскостью разъема. В этом случае промежуточная втулка 7 может быть установлена в последний момент после закрутки пружины кручения (упругого элемента) 8 посредством соединяемых валов 3 и 4 и закреплена на полумуфтах 5 и 6.

Характеристики муфты (фиг.12), складывающаяся из характеристик упругого элемента (пружины) 8 и зубчатых соединений полумуфт. Предварительно закрученный (натянутый) упругий элемент 8 обеспечивает характеристику по линии ОР, где М_пз крутящий момент закрутки, а Н_пз угол закрутки. Линия РЛ является характеристикой упругого элемента в пределах колебания полумуфт между собой на величину бокового зазора И между зубьями полумуфт, где величина крутящего момента М_пр составляет половину рабочего крутящего момента муфты (М_пр 0,5 М_р). Линия ЛП составляет характеристику нагружения рабочих поверхностей 10 зубьев муфты, когда крутящий момент М_пр с нерабочих поверхностей 9 зубьев переходит на рабочие поверхности 10, и растет до рабочего крутящего момента М_р на величину М_зм, которая равна половине рабочего крутящего момента муфты (М_зм 0,5 М_р).

Работа соединительной муфты (фиг.1) осуществляется следующим образом.

При рабочем крутящем моменте сопротивления машины на валу 4 крутящий момент ведущего вала 3 от двигателя, приложенный по стрелке К, сначала действует только на предварительно закрученный упругий элемент 8 (фиг.12, линия ОР) и усилие от ведущего вала 3 передается через ведущую полумуфту 1, упругий элемент 8, ведомую полумуфту 2 на ведомый вал 4.

С увеличением рабочего крутящего момента сопротивления машины упругий элемент 8 все более нагружается и по мере увеличения усилия на упругом элементе соответственно уменьшаются контактные нагрузки на нерабочие поверхности 9 зубьев муфты. Как только усилие достигнет величины предварительной закрутки упругого элемента 8, равной половине рабочего усилия, то нагрузка на нерабочие поверхности 9 уменьшится до 0 и при дальнейшем возрастании нагрузки за счет деформации упругого элемента 8 произойдет переход контакта зубьев с нерабочих поверхностей 9 на рабочие поверхности 10 зубьев муфты (фиг.12, линия РЛ) и тогда боковой зазор И (фиг.3) между рабочими поверхностями 10 исчезнет и возникнет боковой зазор между нерабочими поверхностями 9 (это положение на чертеже не показано). По мере дальнейшего увеличения крутящего момента (свыше 0,5 рабочего) нагрузка на рабочие поверхности 10 зубьев начинает возрастать с 0 до 0,5 от рабочей нагрузки (фиг.12, линия ЛП) и передача ее на ведомый вал 4 осуществляется от полумуфты 5, через промежуточную втулку 7, полумуфту 6 и ведомую полумуфту 2.

Отсюда следует, что если, например, крутящий момент сопротивления приводимой машины меньше половины рабочего крутящего момента (то есть меньше усилия закрутки упругого элемента 8), то весь крутящий момент несет сжатый упругий элемент 8, а нерабочие поверхности 9 зубьев муфты в соответствующей мере освобождаются от нагрузки.

Если, например, рабочий крутящий момент сопротивления приводимой машины равен крутящему моменту (М_пз, фиг.12) закрутки упругого элемента 8, то весь крутящий момент несет упругий элемент 8, нерабочие поверхности 9 зубьев муфты полностью освобождаются от нагрузки, а рабочие поверхности 10 зубьев еще не передают нагрузки.

Если, например, крутящий момент сопротивления приводимой машины больше половины рабочего крутящего момента, то половину рабочего крутящего момента (М_пр, фиг.12) передает сжатый упругий элемент 8, а остальной крутящий момент (М_зм, фиг. 12) передают рабочие поверхности 10 зубьев и втулка 7 муфты, при этом нерабочие поверхности 9 зубьев полностью освобождены от нагрузки.

Если, например, крутящий момент сопротивления приводимой машины достиг рабочего крутящего момента (М_р, фиг.12), то половина рабочего крутящего момента М_пр будет передавать закрученный упругий элемент 8, а другую половину М_зм рабочие поверхности 10 зубьев и промежуточная втулка 7.

Таким образом, передача полного рабочего крутящего момента (мощности) от ведущей полумуфты 1 к ведомой полумуфте 2 осуществляется двумя равномерно нагруженными параллельными потоками: один из них передается через упругий элемент (пружину кручения) 8, а другой через промежуточную втулку 7 с зубчатыми полумуфтами 5 и 6 по концам.

Наличие в зубчатой муфте дополнительного (второго) параллельного потока мощности (крутящего момента) через упругий элемент с мягкой характеристикой позволяет удвоить передаваемую муфтой мощность (крутящий момент) и тем самым соответственно повысить удельную мощность муфты и снизить удельную материалоемкость при сохранении габаритных размеров ее.

На фиг.2 показан вариант конструктивного исполнения зубчатой муфты, конструктивно отличающейся от исполнения, показанного на фиг.1, тем, что упругий элемент (пружина кручения) 11 расположен снаружи и соединен с ведущей и ведомой полумуфтами 12 и 13 с внутренними зубьями, а промежуточный вал 14 расположен внутри упругого элемента 1 и соединен с полумуфтами 15 и 16 с внешними зубьями. Работа зубчатой муфты, показанной на фиг.2, осуществляется аналогично зубчатой муфте, показанной на фиг.1.

Показанная на фиг.4 и 5 втулочно-пальцевая муфта содержит ведущую и ведомую полумуфты 17 и 18, закрепленные на соединяемых ведущем и ведомом валах 3 и 4, расположенные по окружности пальцы 19 с эластичными втулками 20 и упругие элементы 21, выполненные в виде цилиндра 22 со штоком 23 и цилиндрической пружиной 24 сжатия. Пальцы 19 закреплены на ведомой полумуфте 18, а установленные на них эластичные (например, резиновые) втулки 20 наружным диаметром контактируют с отверстиями 25 ведущей полумуфты 17. Упругие элементы 21, установленные тангенциально, своими проушинами на концах соединяют (стягивают) ведущую и ведомую полумуфты 17 и 1 между собой. Установку упругих элементов 21 на полумуфты 17 и 18 осуществляют с предварительным натягом их в сторону рабочего крутящего момента муфты. После освобождения упругих элементов 21 эластичные втулки 20 под действием реактивных сил от упругих элементов 21 начинают контактировать с нерабочими сторонами отверстий 25 в ведущей полумуфте 17, а между рабочими поверхностями их образуются зазоры И, равные величинам окружного люфта муфты.

Работа втулочно-пальцевой муфты (фиг.4 и 5) осуществляется следующим образом. Крутящий момент по стрелке К от ведущего вала 3 и полумуфты 17 сначала действует только на предварительно сдеформированные упругие элементы 21 (фиг. 12, линия ОР), расположенные на плече С, и усилие передается ведомой полумуфте 18 и валу 4. С увеличением крутящего момента сопротивления машины соответственно нагружаются упругие элементы 21 и по мере увеличения этих нагрузок на упругие элементы 21 соответственно уменьшаются контактные нагрузки на нерабочие поверхности эластичных втулок 20. Как только усилие достигнет величины предварительного натяга упругих элементов 21 (М_пр, фиг.12), равного половине рабочего усилия (М_р, фиг.12), тогда нагрузка на нерабочие поверхности эластичных втулок уменьшится до 0 и при дальнейшем возрастании нагрузки за счет деформации упругих элементов 21 произойдет переход контакта эластичных втулок 20 с нерабочих поверхностей на рабочие поверхности в отверстиях ведущей полумуфты 17 (линия РЛ, фиг.12) и тогда боковой зазор И (фиг. 5) между рабочими поверхностями исчезнет и возникнет боковой зазор (на чертеже не показан) между нерабочими поверхностями, с другой стороны эластичных втулок 20. По мере дальнейшего увеличения крутящего момента (свыше 0,5 от рабочего) нагрузка на рабочие поверхности эластичных втулок 20 начинает возрастать с 0 до 0,5 рабочей нагрузки (фиг.12, линия ЛП) и передача ее на ведомый вал 4 осуществляется от полумуфты 17, через эластичные втулки 20, пальцы 19 и ведомую полумуфту 18.

Отсюда следует, что передача полного рабочего крутящего момента (мощности) от ведущей полумуфты 17 к ведомой полумуфте 18 осуществляется двумя равными потоками: один из них передается через упругий элемент (пружины сжатия) 21, а другой через пальцы 19 с эластичными втулками 20. Наличие во втулочно-пальцевой муфте дополнительного (второго) параллельного потока мощности (крутящего момента) через упругий элемент 21 позволяет удвоить передаваемую муфтой мощность и тем самым соответственно повысить удельную мощность муфты и снизить удельную материалоемкость.

На фиг. 6 и 7 показан вариант конструктивного исполнения втулочно-пальцевой муфты, отличающийся от исполнения, показанного на фиг.4 и 5, тем, что в качестве упругого элемента используется цилиндрическая пружина растяжения 26 (вместо пружины сжатия на фиг.4 и 5, заключенной в цилиндр).

На фиг.8 и 9 показан вариант конструктивного исполнения соединительного вала с универсальными шарнирами, который содержит ведущую и ведомую полумуфты 27 и 28 (с отверстиями в вилке), закрепленные на соединяемых ведущем и ведомом валах 3 и 4, вильчатые полумуфты 29 и 30, соединенные между собой через промежуточный вал 31, две крестовины 32, шарнирно соединяющие соответственно полумуфты 27 и 29, 28 и 30, и упругий элемент 33, выполненный в виде пружины кручения и закрепленный своими торцами на полумуфтах 27 и 28 с предварительной закруткой в рабочую сторону. Вильчатые полумуфты 27 и 28 в свободном состоянии находятся соответственно в соединении с полумуфтами 29 и 30 через крестовины 32 и их шарнирные соединения за счет предварительной закрутки упругого элемента 33 контактируют нерабочими поверхностями 34 (фиг. 9), в то время как между рабочими поверхностями 35 шарниров образуются зазоры И, равные величине окружного люфта муфты.

Работа соединительного вала с универсальными шарнирами осуществляется следующим образом. Крутящий момент по стрелке К от ведущего вала 3 и вильчатой полумуфты 27 сначала действует только на предварительно закрученный упругий элемент 33 (фиг.12, линия ОР) и усилие от ведущего вала 3 передается через ведущую полумуфту 27, упругий элемент (пружину) 33, ведомую полумуфту 28 на ведомый вал 4. С увеличением рабочего крутящего момента сопротивления машины упругий элемент 33 все более нагружается и по мере увеличения усилия на упругом элементе 33 соответственно уменьшаются контактные нагрузки на нерабочих поверхностях 34 шарниров. Как только усилие достигнет величины предварительной закрутки упругого элемента 33, равного половине рабочего усилия, то нагрузка на нерабочие поверхности 34 уменьшится до 0 и при дальнейшем возрастанием нагрузки за счет деформации упругого элемента 33 произойдет перевод контакта шарниров с нерабочих поверхностей 34 на рабочие поверхности 35 и тогда зазоры И (фиг.9) между рабочими поверхностями исчезнет и возникнет зазор (на чертеже не показан) между нерабочими поверхностями 34 шарниров.

По мере дальнейшего увеличения крутящего момента (свыше 0,5 от рабочего) нагрузка на рабочие поверхности 35 начинает возрастать с 0 до 0,5 рабочей нагрузки (фиг.120 линия ЛП) и передача ее на ведомый вал 4 осуществляется от полумуфты 27, через крестовину 32, промежуточный вал 31 с полумуфтами 29 и 30, крестовину 32 и ведомую полумуфту 2.

Отсюда следует, что передача полного рабочего крутящего момента (мощности) от ведущей полумуфты 27 к ведомой полумуфте 28 осуществляется двумя равными потоками: один из них передается через упругий элемент (пружину кручения) 33, а другой через универсальные шарниры (промежуточный вал 31 с полумуфтами 29 и 30 и крестовинами 32). Наличие в соединительном валу с универсальными шарнирами дополнительного параллельного потока мощности (крутящего момента) через упругий элемент 33 позволяет удвоить передаваемую муфтой мощность и тем самым соответственно повысить удельную мощность муфты и снизить удельную материалоемкость ее.

На фиг.10 и 11 показан вариант конструктивного исполнения соединительного вала с универсальными шарнирами Гука, отличающийся от исполнения, показанного на фиг. 8 и 9, тем, что в качестве упругого элемента применяются пружины сжатия 36 (вместо пружин кручения на фиг.8 и 9) установленные между промежуточным валом 3 и соединяемыми полумуфтами 27 и 28. Такое конструктивное исполнение нереверсивной соединительной муфты позволяет дополнительно упростить его конструкцию.

Предлагаемый способ нагружения при монтаже нереверсивных соединительных муфт может быть использован преимущественно в нереверсивных соединительных муфтах разных типов, например зубчатых, втулочно-пальцевых, кулачковых, универсальных шарнирных, мембранных и других.

Использование данного способа в приводах различных машин обеспечивает следующие преимущества.

При сохранении контактных напряжений в рабочих поверхностях муфты нагрузочная способность (передаваемая мощность) ее увеличивается в 2 раза и это осуществляется простым способом предварительным напряжением упругого элемента (пружины) в соответствующем направлении; при сохранении передаваемой мощности (нагрузочной способности) за счет соответствующего нагружения дополнительного упругого элемента (пружины) уменьшаются контактные напряжения в рабочих поверхностях муфты, а это соответственно увеличивает надежность и долговечность муфты; при сохранении контактных напряжений в рабочих поверхностях и передаваемой мощности муфты представляется возможность уменьшить габаритные размеры, массу и стоимость ее изготовления в связи с тем, что упругий элемент (пружина) предварительно напряжен между соединяемыми полумуфтами, не имеет колебаний (хода) в процессе эксплуатации и находится в статическом режиме под нагрузкой 0,5 от рабочей, исключаются перегрузки и поломки упругого элемента, его долговечность практически сохраняется неограниченной.

Формула изобретения

СПОСОБ МОНТАЖА НЕРЕВЕРСИВНОЙ МУФТЫ, заключающийся в предварительном нагружении расположенного между полумуфтами упругого элемента, поджимающего полумуфты в окружном направлении, отличающийся тем, что предварительное нагружение упругого элемента осуществляют на крутящий момент, равный половине рабочего крутящего момента, передаваемого муфтой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12