Передача вращения из одной изолированной полости в другую

 

Изобретение относится к механизмам для передачи вращательного движения из одной полости в другую через герметичную гибкую оболочку и может применяться в энергетическом машиностроении. Технический результат - повышение надежности работы передачи. Передача содержит корпус с полостями разного давления, соосно установленные в корпусе ведущий и ведомый кривошипы, коромысло, установленное на подшипниках во внутренних отверстиях кривошипов, и гибкую герметичную оболочку. Гибкая герметичная оболочка выполнена в виде диска и закреплена на коромысле посредством двух шайб. Центральная, закрепленная часть гибкой оболочки расположена в плоскости, перпендикулярной оси коромысла, и наклонно к оси корпуса. Между торцом наружного кольца подшипников, в которых установлено одно из плеч коромысла, и одной из шайб, надетой на вторую ступень коромысла и находящейся в полости меньшего давления, установлен упорный подшипник. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к механизмам для передачи вращательного движения из одной полости в другую через герметичную гибкую оболочку и может быть применено в энергетическом машиностроении, в частности в машинах, работающих по циклу Стирлинга, в компрессорах и насосах для перекачки ядовитых и радиоактивных веществ, перегретого пара, в холодильниках, на магистральных газопроводах для привода запорной арматуры и т.д.

Известна передача вращения из одной изолированной полости в другую, см. патент Российской Федерации 2080501 МПК⁶ кл. F 16 H 21/48, 1997 год. Она содержит корпус с полостями высокого и низкого давления, соосно установленные в нем ведущий и ведомый валы с закрепленными на них кривошипами, связанными между собой посредством двуплечего коромысла, одно плечо которого шарнирно связано с соответствующим кривошипом, закрепленную в корпусе и на другом плече коромысла эластичную оболочку с фланцем, колпачок, охватывающий эластичную оболочку и шарнирно связанный с другим кривошипом и эластичную шайбу, установленную в полости низкого давления соосно валам, одним торцом шайба оперта на буртик, закрепленный на корпусе, а другим торцом - на фланец эластичной оболочки.

Основным недостатком указанной передачи является ненадежность работы при высокой температуре и высоком давлении, при которых эластичный материал быстро разрушается. Другим недостатком может быть относительно большой расход эластичного материала на одну передачу, если эластичные детали изготавливают из дефицитного высококачественного каучука с особыми свойствами.

Известна передача вращения из одной изолированной полости в другую, см. заявку 94041457/28 с датой поступления во ВНИИГПЭ 11.11.94 г., по которой 29 сентября 1997 г. принято решение о выдаче патента. Передача вращения из одной изолированной полости в другую содержит корпус, соосно установленные в нем ведущий и ведомый валы с закрепленными на них кривошипами, кинематически связанными между собой посредством двуплечего коромысла, герметизирующую оболочку, выполненную из упругой высокопрочной стали в виде стакана с фланцем, надетую на плечо коромысла и закрепленную фланцем на корпусе, а в месте плавного перехода от фланца к стакану на оболочке выполнены прерывистые канавки, расположенные по окружностям с центрами на ее оси симметрии, равномерно по каждой окружности и в шахматном порядке относительно канавок по окружности, расположенной рядом. Основным недостатком указанной передачи является технологическая сложность изготовления канавок на кривой поверхности гибкой оболочки.

Другой недостаток - для длительной работы гибкой оболочки необходимо как можно меньше выполнить угол между осью корпуса и осью коромысла, но в этом случае уменьшится передаваемый крутящий момент.

Решаемой задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы передачи при температурах -80...+350^oС и давлении от 10 до 40 МПа.

Передача вращения из одной изолированной полости в другую содержит корпус с полостями разного давления, соосно установлены в корпусе на подшипниках ведущий и ведомый кривошипы, выполненные в виде стаканов с наклонными внутренними отверстиями, оси которых совпадают и пересекают ось подшипников корпуса, коромысло, установленное на подшипниках в отверстиях кривошипов, гибкую герметичную оболочку, закрепленную герметично в корпусе и на коромысле; гибкая герметичная оболочка выполнена в виде диска и закреплена на коромысле между торцами двух его плеч, при этом центральная закрепленная часть гибкой оболочки расположена в плоскости или наклонно к плоскости, перпендикулярной оси внутренних отверстий кривошипов и проходящей через точку пересечения этой оси с осью подшипников корпуса; в передаче каждый кривошип снаружи выполнен в виде кругового прямого цилиндра; в передаче гибкая герметичная оболочка выполнена из эластичного материала; в передаче гибкая герметичная оболочка выполнена из металлического сплава с гофрами, расположенными по окружностям с центрами на продольной оси гибкой герметичной оболочки; в передаче гибкая герметичная оболочка выполнена с дополнительными радиальными гофрами, равномерно размещенными по диску; в передаче со стороны полости меньшего давления в кривошипе установлен упорный подшипник между дном кривошипа и торцом плеча коромысла; в передаче полость меньшего давления заполнена мелкими стальными шариками; в передаче со стороны полости меньшего давления установлена дополнительная гибкая оболочка, прижатая к основной, выполненная из пружинной стали, имеющая отверстия, расположенные по окружностям с центрами на продольной оси дополнительной гибкой оболочки в шахматном порядке и имеющие каждое форму в виде пары круглых отверстий, соединенных между собой щелевой прорезью.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана передача вращения из одной изолированной полости в другую в продольном разрезе. На фиг. 2 показана гибкая герметичная оболочка, выполненная из эластичного материала, а на фиг. 3 - ее поперечный разрез. На фиг.4 изображена дополнительная стальная гибкая негерметичная оболочка. На фиг.5 изображен вариант передачи вращения из одной изолированной полости в другую. На фиг.6 изображена гибкая герметичная оболочка, вид с торца, выполненная из металлического сплава. На фиг.7 показан элемент гибкой оболочки в увеличенном масштабе. На фиг. 8 изображен разрез А-А на фиг.7 в увеличенном масштабе. На фиг.9 изображен вариант выполнения кривошипа. Фиг.10 вычерчена для реферата. Передача вращения из одной изолированной полости в другую содержит две половины 1 и 2 корпуса, между которыми зажата гибкая герметизирующая оболочка 3 шпильками 4 и гайками 5. Соосно установленные в корпусе ведущий 6 и ведомый 7 кривошипы скреплены соответственно с ведущим 8 и ведомым 9 валами и имеют по отверстию 10 и 11. Кривошипы 6 и 7 выполнены в виде стаканов, внутренние глухие отверстия которых расположены на одной оси, пересекающейся с осью подшипников корпуса в точке 0. Коромысло с двумя плечами 12 и 13 установлено во внутренних отверстиях кривошипов на подшипниках качения 14 и 15. Наружными цилиндрическими поверхностями кривошипы 6 и 7 установлены в роликовых подшипниках 16 и 17. Между дном кривошипа 6 и торцом плеча 12 установлен шарикоподшипник 18. Шарикоподшипник 19 установлен между торцевой поверхностью кривошипа 6 и кольцом 20, размещенным в кольцевой расточке торцевой крышки 21. Коромысло выполнено трехступенчатым. На вторую ступень 22 надеты две шайбы 23 и центральная часть 24 гибкой герметичной оболочки 3. На третью ступень 25 навинчены гайка 26, сжимающая место 24 между шайбами 23 плечом 13. Штифт 27 предохраняет от отвинчивания гайку 26 во время работы передачи. Наружные кольца 28 и 29 подшипников 14 и 15 установлены в отверстиях 10 и 11 без зазоров или с минимальными зазорами. В полости 30 меньшего давления установлена эластичная шайба 31, опертая на стальную шайбу 32. В полости 33 находится постоянно газ (или жидкость) под большим давлением, который действует на мембрану 3. Это давление воспринимают упорные подшипники 18, 19 и подшипник 34, установленный между торцом кольца 29 и второй шайбой 23. Центральная часть 24 гибкой оболочки 3 размещена в плоскости 35, наклонной к плоскости 36 и перпендикулярной к оси 37 коромысла. Общая ось 38 половин 1 и 2 корпуса находится под углом α к оси 37 плеч 12 и 13 коромысла. Угол α выбирают конструктивно. Валы 8 и 9 скреплены с кривошипами 6 и 7 винтами 39 и штифтами 40. Сальник 41 служит для уплотнения вала 8. Наружное кольцо 42 подшипника 16 имеет резьбовые отверстия 43 для демонтажа (разборки) передачи. Такие же отверстия имеет соответствующее кольцо подшипника 17. При разборке передачи в указанные отверстия завинчивают винты и вытаскивают кольца подшипников. Гибкую герметичную оболочку (фиг.2 и 3) изготавливают из высококачественного эластичного материала с особыми свойствами. Она содержит сплетенные между собой высокопрочные волокна 44 и 45, расположенные в несколько рядов (в 2-6) 46 и 47. В отверстия 48 вставляют крепежные шпильки. В отверстие 49 с натягом вставляют коромысло.

В полости 30 меньшего давления вместо шайб 31 и 32 может быть установлена вместе с герметичной оболочкой 3 гибкая негерметичная оболочка 50 (фиг. 4). Она прижата к гибкой оболочке 3, выполнена из пружинной стали и имеет отверстия 51, расположенные по окружностям 52, 53, 54 и 55. В отверстие 56 вставляют коромысло. Каждое отверстие 51 выполнено в виде пары круглых отверстий 57, соединенных щелевой прорезью. Центры окружностей 52...55 расположены на продольной оси дополнительной гибкой оболочки 50, которая помогает основной гибкой оболочке 3 держать давление газа или жидкости.

Кривошипы 6 и 7 имеют каждый снаружи форму прямого кругового цилиндра, т. е. два плоских основания перпендикулярны наружной цилиндрической поверхности 58 (фиг. 9). Кривошип в полости 30 меньшего давления может иметь внешнюю форму в виде двух ступеней 58 и 59, каждая выполнена в виде кругового прямого цилиндра, оси которых совпадают. Такое выполнение кривошипа необходимо в передаче, в которой полость 30 заполняют шариками. Во внутреннее наклонное отверстие кривошипа вставлено кольцо 60 подшипника качения. Кривошипы 61 и 62 передачи (фиг.5) могут иметь валы 63 и 64, выполненные в виде вторых ступеней кривошипов. На валу 64 закреплено зубчатое колесо 65, зацепляемое с шестерней 66 вала машины, внутренний контур которой уплотняют. Гибкая герметичная оболочка 67 (фиг.5, 6, 7, 8) выполнена из высокопрочной легированной пружинной стали с гофрами 68, расположенными по окружностям 69 и 70 с центрами на продольной оси гибкой герметичной оболочки.

Она содержит центральное отверстие 71, в которое вставляют коромысло и отверстия 72, через которые проходят крепежные шпильки. По радиальным линиям 73 расположены дополнительные гофры 74. Глубину гофр выбирают конструктивно, исходя из опыта. В полость 30 меньшего давления помещены стальные закаленные шарики 75 диаметром 1,5 или 2,5 мм вместе с густой смазкой. Шарики могут быть использованы либо от подшипников, выработавших свой ресурс, либо некондиционные, т.е. забракованные. При вращении вала 8 кривошип 6 вынуждает коромысло совершать движение, при этом коромысло не вращается вокруг собственной оси, но его ось 37 движется по конусной поверхности с вершиной в точке 0. Второе плечо коромысла заставляет кривошип 7 вращаться вместе с валом 9.

Передача может надежно работать в герметичных приводах задвижек и шаровых кранов при температурах -80...350^oС и разности давлений до 60 МПа. При температурах более 350^oС можно применить принудительное охлаждение полостей 30 и 33 с целью защиты эластичной герметичной оболочки от перегрева.

Формула изобретения

1. Передача вращения из одной изолированной полости в другую, содержащая корпус с полостями разного давления, соосно установленные в корпусе на подшипниках ведущий и ведомый кривошипы, выполненные в виде стаканов, с внутренними соосными глухими отверстиями, которые расположены наклонно к оси корпуса, двуплечее трехступенчатое коромысло, установленное на подшипниках во внутренних отверстиях кривошипов, а также гибкую герметичную оболочку, закрепленную герметично в корпусе и на коромысле и разделяющую полости большего и меньшего давления, отличающаяся тем, что гибкая герметичная оболочка выполнена в виде диска и закреплена на второй ступени коромысла, между двух его плеч, посредством двух надетых на вторую ступень коромысла шайб; центральная, закрепленная часть гибкой оболочки расположена в плоскости, перпендикулярной оси коромысла, и наклонно к оси корпуса; между торцом наружного кольца подшипников, на которых во внутреннем отверстии ведущего кривошипа установлено одно из плеч коромысла, и одной из шайб, надетой на вторую ступень коромысла и находящейся в полости меньшего давления, установлен упорный подшипник для восприятия давления, действующего на герметичную оболочку со стороны полости большего давления.

2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что каждый кривошип снаружи выполнен в виде прямого кругового цилиндра.

3. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что гибкая герметичная оболочка выполнена из эластичного материала.

4. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что гибкая герметичная оболочка выполнена из металлического сплава с гофрами, расположенными по окружностям с центрами на продольной оси гибкой герметичной оболочки.

5. Передача по п. 4, отличающаяся тем, что в гибкой герметичной оболочке выполнены дополнительные радиальные гофры, равномерно расположенные по диску.

6. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что полость меньшего давления заполнена мелкими стальными шариками.

7. Передача по п. 3, отличающаяся тем, что со стороны полости меньшего давления установлена дополнительная гибкая оболочка, прижатая к основной, выполненная из пружинной стали, имеющая отверстия, расположенные по окружностям с центрами на продольной оси дополнительной гибкой оболочки в шахматном порядке и имеющие каждое форму в виде пары круглых отверстий, соединенных между собой щелевой прорезью.

РИСУНКИ

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