Гидростатическая муфта

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для передачи вращения, и может быть использовано в приводах тяжелонагруженного технологического оборудования. Гидростатическая предохранительная упругодемпфирующая муфта содержит две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра. Гидроцилиндр гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором. Передаточное устройство выполнено в виде механизма винт-гайка и шлицевой втулки. Винт закреплен на одной полумуфте и связан с гайкой и гидроцилиндром, а шлицевая втулка закреплена на другой полумуфте и связана посредством шлицевого соединения с гайкой, причем резьба механизма выполнена несамотормозящейся. Технический результат заключается в обеспечении большего угла относительного закручивания полумуфт, т.е. улучшении демпфирующих способностей муфты, и снижении контактных напряжений в деталях передаточного устройства, т.е. повышении надежности и долговечности работы муфты. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным упруго-демпфирующим муфтам для передачи вращения, и может быть использовано в приводах тяжелонагруженного технологического оборудования.

Известна гидростатическая муфта (а.с. СССР, №994828, F16D 3/52, 1983 г.), содержащая две полумуфты с выступами на обращенных друг к другу поверхностях, соединенные посредством расположенных между ними двух групп гидроцилиндров с ползунами и демпферами, причем выступы полумуфт расположены концентрично, а полости гидроцилиндров соединены между собой через предохранительный клапан и через запорные вентили со сливом.

К основному недостатку этой муфты можно отнести сложность и трудоемкость ее восстановления после выключения (срабатывания).

За прототип выбрана гидростатическая муфта (по патенту РФ №2186270, фиг.10), содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством пространственного кулачкового механизма и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель, с системой управления по моменту на муфте.

Эта муфта обладает возможностью автоматического (или по команде оператора) восстановления после срабатывания и имеет более высокие эксплуатационные качества.

К недостаткам прототипа можно отнести ограниченный угол относительного вращения полумуфт при демпфировании колебаний нагрузки (теоретически менее 360°), высокие контактные напряжения между выступами (толкателем) и рабочей поверхностью профиля кулачка из-за ограниченной площади контакта, а следовательно, значительные размеры кулачкового механизма, низкая надежность и долговечность муфты.

Целью изобретения является увеличение угла относительного закручивания полумуфт, и повышение надежности и долговечности работы муфты.

Указанная цель достигается тем, что в гидростатической муфте, содержащей две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра, который гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором, согласно изобретению передаточное устройство выполнено в виде механизма винт-гайка.

Выполнение передаточного устройства в виде передачи винт-гайка позволяет увеличить угол относительного закручивания полумуфт на величину более 360°, так как угол относительного закручивания полумуфт будет зависеть только от длины и шага резьбы. Кроме того, это позволит повысить надежность и долговечность работы муфты по сравнению с прототипом за счет того, что площадь контакта витков резьбы винта и гайки намного больше, чем площадь контакта между выступами (толкателем) и рабочей поверхностью профиля кулачка, а следовательно, контактные напряжения в этой кинематической паре во много раз меньше.

Только выполнение передаточного устройства в виде передачи винт-гайка позволяет исключить недостатки прототипа, значительно увеличить угол относительного вращения полумуфт, что улучшит демпфирующие способности ее, и значительно снизить контактные напряжения, что повысит надежность и долговечность работы муфты.

Кроме того, согласно изобретению резьба передачи винт-гайка выполнена несамотормозящейся.

Такое техническое решение позволяет осуществлять демпфирование колебаний нагрузки. При увеличении нагрузки одна полумуфта поворачивается относительно другой, гидроцилиндр сжимается, а при снижении нагрузки гидроцилиндр разжимается, и, так как резьба передаточного устройства несамотормозящаяся, полумуфты возвращаются в исходное положение. При сжатии и разжатии гидроцилиндра за счет гидравлических сопротивлений в гидролиниях происходит демпфирование колебаний рабочей нагрузки.

Кроме того, согласно изобретению, винт и гайка передачи винт-гайка могут быть выполнены полыми, а гидроцилиндр, демпфер и гидроаккумулятор установлены в полостях винта и гайки. При этом винт и гайка связаны с первой и второй полумуфтами соответственно.

Такое техническое решение позволяет уменьшить габаритные размеры муфты за счет использования пространства внутри механизма винт-гайка.

Еще больше можно упростить конструкцию муфты и уменьшить ее радиальные габаритные размеры, если винт будет выполнен в виде корпуса гидроцилиндра и связан с первой полумуфтой, гайка связана со второй полумуфтой, а демпфер и гидроаккумулятор установлены в поршне и в корпусе гидроцилиндра.

Обеспечить передачу момента с первой полумуфты на вторую при помощи минимального числа элементов, тем самым максимально упростить и удешевить конструкцию муфты можно, если винт передачи винт-гайка будет выполнен в виде поршня гидроцилиндра, а гайка - в виде корпуса гидроцилиндра, причем корпус гидроцилиндра установлен с возможностью осевого перемещения на первой полумуфте, а поршень гидроцилиндра связан со второй полумуфтой.

В частности, для получения конструкции с минимальными габаритами путем полного использования пространства внутри гидроцилиндра поршень гидроцилиндра может быть выполнен полым, а внутри поршня установлены демпфер и гидроаккумулятор.

Управляемый гидрораспределитель для упрощения конструкции может быть выполнен в виде системы золотников между гидравлическими полостями гидроцилиндра, демпфера и гидроаккумулятора, причем в промежуточных положениях золотники между полостями гидроцилиндра и демпфера открыты, а между полостями гидроцилиндра и гидроаккумулятора закрыты.

Для увеличения степени демпфирования колебаний рабочей нагрузки золотники между полостями гидроцилиндра и демпфера могут быть выполнены дросселирующими, причем степень дросселирования можно регулировать.

Для исключения гидроударов в гидросистеме муфты при ударных изменениях нагрузки между гидравлическими полостями гидроцилиндра и демпфера можно установить предохранительный клапан.

На фиг.1 изображена гидростатическая муфта с передаточным устройством в виде механизма винт-гайка; на фиг.2 - золотниковый узел I на фиг.1; на фиг.3 - золотниковый узел II на фиг.1; на фиг.4 - вариант гидростатической муфты с винтом, выполненным в виде корпуса гидроцилиндра, а демпфер и гидроаккумулятор установлены в поршне и в корпусе гидроцилиндра; на фиг.5 - вариант гидростатической муфты с винтом и гайкой, выполненными в виде поршня и корпуса гидроцилиндра; на фиг.6 - золотниковый узел I на фиг.5 с регулируемым дросселем; на фиг.7 - золотниковый узел II на фиг.5 с обратным клапаном; на фиг.8 - предохранительный клапан III на фиг.5; на фиг.9 - упрощенная схема гидросистемы муфты.

Гидростатическая муфта (фиг.1) состоит из полумуфт 1 и 2, которые кинематически связаны между собой посредством механизма винт-гайка. Винт 3 жестко связан с полумуфтой 1, а гайка 4, связана посредством шлицевого соединения 5 с втулкой 6. Втулка 6, в свою очередь, жестко связана с полумуфтой 2. Внутри полого винта 3 установлен гидроцилиндр 7, поршень (плунжер) 8 которого упирается в торец винта 3 через упорный подшипник 9. Внутри полого поршня 8 расположен демпфер 10, выполненный, например, в виде поршневого пневмогидроаккумулятора, который гидравлически связан с полостью гидроцилиндра через золотники 11. Гидроаккумулятор 12 с эластичным разделителем закреплен на торце гайки 4 и связан с гидроцилиндром 7 через золотник 13 и обратный клапан 14. Обратный клапан 14 обеспечивает компенсацию утечек в гидроцилиндре из гидроаккумулятора при резком снижении нагрузки на полумуфтах. При необходимости увеличения степени демпфирования золотниковый распределитель 11 может быть совмещен с регулируемым дросселем 15 (фиг.6).

Муфта работает следующим образом. В рабочем состоянии золотники 11 и 13 (фиг.1) находятся в положении, как показано на фиг.2 и 3, т.е золотник 11 открыт, а золотник 13 закрыт, что обеспечивает гидравлическую связь полости гидроцилиндра 7 с демпфером 10 (см. также фиг.9). При возрастании момента на муфте полумуфты 1 и 2 относительно проворачиваются, соответственно поворачиваются винт 3 в гайке 4. При этом гайка 4 перемещается по шлицам 5 влево (на фиг.1) и сжимает гидроцилиндр 7. Давление в полости гидроцилиндра 7 повышается, и часть рабочей жидкости перетекает в гидродемпфер 10, сжимая в нем газ, до тех пор, пока не установится равновесное состояние. При этом из-за гидравлических сопротивлений в золотнике 11 происходит рассеивание части энергии и затухание колебательного процесса. Из гидроаккумулятора 12 через обратный клапан 14 происходит компенсация утечек рабочей жидкости из гидросистемы при отсутствии нагрузки на привод (например, при остановке или холостом ходе механизма).

Если момент на муфте превышает допустимый, то гайка 4 смещается в левое (на фиг.1) положение и сжимает гидроцилиндр 7. При этом золотники 11 и 13 переключаются, и демпфер 10 отсекается от полости гидроцилиндра, а гидроаккумулятор 12 (рабочее давление в котором в этот момент значительно ниже, чем в полости гидроцилиндра) соединяется с полостью гидроцилиндра, и остатки рабочей жидкости перетекают туда, вызывая быстрое осевое смещение гайки 4 относительно шлицевой втулки 6. Шлицы на гайке 4 выходят из зацепления со шлицами на втулке 6, что обеспечивает размыкание полумуфт 1 и 2.

После отключения привода корпус гидроцилиндра 4 смещается вправо под действием давления жидкости в гидроаккумуляторе 12, золотники 11 и 13 занимают исходное положение, жидкость из гидродемпфера перетекает в полость гидроцилиндра, он разжимается, замыкается шлицевое соединение 5 и полумуфты 1 и 2 занимают исходное положение. Муфта, таким образом, автоматически приходит в исходное состояние, то есть самовосстанавливается.

Функцию управления золотниками по моменту на муфте 17 (фиг.9) выполняет относительное смещение поршня и корпуса гидроцилиндра, которое пропорционально моменту.

Вариант гидростатической муфты на фиг.4 отличается от вышеописанного тем, что винт 3 механизма винт-гайка выполнен в виде корпуса гидроцилиндра и в нем же установлен гидроаккумулятор 12, а демпфер 10 размещен в поршне гидроцилиндра. Остальные элементы и работа этой муфты аналогична вышеописанной на фиг.1.

Вариант гидростатической муфты на фиг.5 отличается от вышеописанного на фиг.1 тем, что винт 3 выполнен в виде поршня гидроцилиндра, гайка - в виде корпуса гидроцилиндра, а демпфер 10 и гидроаккумулятор 12 установлены внутри поршня 3.

Для исключения гидроударов в гидросистеме муфты при ударных изменениях нагрузки между гидравлическими полостями гидроцилиндра и демпфера можно установить предохранительный клапан 16 (фиг.5 и 8).

Остальные элементы и работа этой муфты аналогичны вышеописанной на фиг.1.

Золотники 11 на фиг.1, 4 и 5 могут быть выполнены с дросселями 15 (фиг.6), которые, в свою очередь могут быть выполнены регулируемыми. Это позволит регулировать время затухания колебательных процессов при упругом демпфировании колебаний внешней нагрузки.

Золотник 13 может иметь в своей конструкции обратный клапан 14, как показано схематично на фиг.7.

1. Гидростатическая муфта, содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра, который гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором, отличающаяся тем, что передаточное устройство выполнено в виде механизма винт-гайка и шлицевой втулки, винт закреплен на одной полумуфте и связан с гайкой и гидроцилиндром, шлицевая втулка закреплена на другой полумуфте и связана посредством шлицевого соединения с гайкой, причем резьба механизма винт-гайка выполнена несамотормозящейся.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что винт и гайка выполнены полыми, а гидроцилиндр, демпфер и гидроаккумулятор установлены внутри винта и гайки.

3. Муфта по п.2, отличающаяся тем, что винт выполнен в виде корпуса гидроцилиндра, а демпфер и гидроаккумулятор установлены в поршне и в корпусе гидроцилиндра.

4. Муфта по п.2, отличающаяся тем, что винт выполнен в виде поршня гидроцилиндра, а гайка - в виде корпуса гидроцилиндра, причем корпус гидроцилиндра установлен с возможностью осевого перемещения на первой полумуфте, а поршень гидроцилиндра связан со второй полумуфтой.

5. Муфта по п.2, отличающаяся тем, что поршень гидроцилиндра выполнен полым, а внутри поршня установлены демпфер и гидроаккумулятор.

6. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что управляемый гидрораспределитель выполнен в виде системы золотников между гидравлическими полостями гидроцилиндра, демпфера и гидроаккумулятора, причем в промежуточных положениях золотники между полостями гидроцилиндра и демпфера открыты, а между полостями гидроцилиндра и гидроаккумулятора закрыты.

7. Муфта по п.6, отличающаяся тем, что золотники дросселирующие.

8. Муфта по п.7, отличающаяся тем, что степень дросселирования золотников можно регулировать.

9. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что между гидравлическими полостями гидроцилиндра и демпфера установлен предохранительный клапан.