Упруго-предохранительная центробежная муфта

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сощиалистицеских Реслу6лик (и) 6()8Î24

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 0407,75.(2!) 2151490/25-27 (51) М, Кл. с присоединением заявки Ph (23) Приоритет (43) Опубликовано 250578.Бюллетень 3é 19

Р 16 З 43/20

Государственный номнтет

Совета Министров СССР оо деяам изобретений и отнрвтий (53) УДК 621.825,57 (088.8) (45} Дата опу6ликоваиия описания 260478 (72) втор изобретения

Б.A. Лабковский (71) Заявитель (54) УПРУГО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МУФТА

Изобретение относится к общему маI

Шиностроению и может быть использова» но при соединении валов машин и механизмов, работающих в условиях дина:

:мических перегрузок. 5

Известна упруго-предохранительная центробежная муфта, содержащая ведо,.мую полумуфту в виде центрального ко .леса, сцепленного с ведущей полумуф той в виде зубчатого сателлита, свя- 10 занного водилом с ведущим валом и снабженного парой фрикционных дисков, один иэ которых жестко соединен с сателлитом, а второй жестко соединен с ебалансом и поджат к сателлиту пру- 1$ иной jl) .

Несоосность ведущего и ведомого ва ов, эксцентричная посадка сателлитой, смещение расточек в водиле под подшипники сателлитов, кинематические ЯО погрешности в зацеплении и т.п. приводят к появлению монтажных усилий,,цополнительно нагружающих элементы муфты, в связи с чем такие муфты не цолговечны н обладают малой компенси- 25

Дующей способностью.

Известна также упруго-предохранительная центробежная муфта, содержа тцая шкивы, установленные на ведомом валу, и неуравновешенные относительнд1 30 своей оси вращения ролики, связанные со шкивами гибкими связями, а с ведущим валом - водилом. Гибкая связь имеет пружинное натяжное устройство, один ее конец закреплен на ободе ролика, а второй. - шарнирно на водиле

:в месте закрепления ролика.

Недостатком этой муфты, наиболее

:близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, .является наличие пружинного натяжного устройства. Пружину трудно разместить на свободном от контакта со шкивом

;участке гибкой связи, так как длина последнего для уменьшения габаритов муфты: должна быть минимальной. Следовательно, необходимость установки ,пружины связана с необходимостью увеличения габаритов муфты беэ увеличе- ния ее несущей способности.

К статической характеристике пру жины, осуществляющей натяжение гибкой ,связи в муфте, предъявляются жесткие

:требования в отношении точности, так, как свойства пружины определяют ста.бильность срабатывания муфты. Поэтому пружины, используемые для натяжения, должны подвергаться тщательному кон тролю.

508024

10 й;)

Уоэ а сэ1и

"н

Кроме того„ в процессе эксплуатации муфты гибкая связь вытягивается, степень прижатия ее к шкиву уменьшается. Это приводит к уменьшению надежности муфты в работе.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение нагрузочной способчости муфты путем обеспечения самонатяжения гибких связей.

Цель достигается благодаря тому, что и предлагаемой ynpyro-npenoxpa"" нительной центробежной муфте каждый ролик имеет выступ в виде кольцевого

Т с=- у — величина относительной деформации гибкой связи при холостом ходе;

То - усилие натяжения гибкой связи при холостом ходе; 30

"Е - модуль упругости материала гибкой связи;

- площадь поперечного сечения гибкой связи; к, - радиус цилиндрической поверхности выступа ролика;

- радиус цилиндрической поверх-ности ролика; отношение радиуса цилиндри-. (" ческой поверхности ролика к радиусу цилиндрической поверхности выступае

Я вЂ” радиус шкивами номинальное значение коэффициента трения в месте контакта гибкой связи со шкивом; — расстояние между осями вра- 45 щения шкива и роликау а.

° (о Т

Т где " и T> — усилия натяжения соот- 50 ветственно ведущей и ведомой ветвей гибкой связи в режиме буксования;

А» — угол поворота центра тяжести ролика относительно прямой, соединяющей центры вращения шкива и ролика.

На фиг. 1 и 2 схематически изображена предлагаемая упруго-предохранительная центробежная муФта, виды сбоку и с торца соответственно.

Водило 1 жестко закреплено на ве- 0 душем валу 2 и несет шарнирно установ ленные на нем неуравновешенные относительно своих осей вращения ролики 3), являющиеся сателлитами по отношению к шкивам 4, установленным на ведомом ,валу 5.

Г>5 сектора„ радиус цилиндрической поверхности которого больше радиуса ролика, ведущий конец гибкой связи закреплен на цилиндрической поверхности выступа, а ведомый конец - на цилиндриче ской поверхности ролика.

Такая конструкция муфты позволяет отказаться от пружинного натяжного устройства.

Кроме того, с целью повышения стабильности срабатывания муфты параметры ее конструктивных элементов выбрани в соответствии с уравнением

Ролики 3 соединены со шкивами 4 гибкими связями б. Каждый ролик имеет выступ 7 в виде кольцевого сектора, радиус R цилиндрической поверхности которого больше радиуса ) наружной поверхности ролика. Ведущая ветвь 8

;каждой гибкой связи закреплена на выступе ролика, а ведомая 9 - на самом ролике.

Работа муфты в режиме пуска.

При пуске двигателя начинает вращаться водило 1, закрепленное на ведущем валу 2.

При этом на неуравновешенные ролики-сателлиты 3 начинают действовать центробежные силы, стремящиеся повернуть их так, чтобы удалить центр их ,тяжести на максимальное расстояние от оси вращения водила.

Момент центробежной силы осуществляет натяжение гибкой связи б, поскольку чем больше повернется ролик 3 ,тем больше будет дуга большего радиуса на ролике, на которую накладывает ся гибкая связь.

Длина гибкой связи выбирается такой, чтобы даже при отсутствии нагруз,— ки иа ведомом валу 5 центр тяжести ролика не мог бы оказаться на линии, соединяющей оси вращения ролика и водила (шкива) °

По мере увеличения скорости вращения водила растет величина центробежной силы, действующей на ролик, а следовательно, и усилие прижатия гибкой связи к шкиву. На начальном этапе разгона усилие прижатия гибкой связи к шкиву мало. Это позволяет использовать двигатели с малым пусковым моментом и небольшими габаритами, увеличить КПД двигателя в установившемся режиме работы.

В некоторый момент усилие прижатия гибкой связи к шкиву достигает такой величины, что сила трения, обусловленная этим прижатием, начинает превосходить момент сил сопротивления на ведомом валу. Начинается разгон ведомого вала, заканчивающийся выравни608024 д — угол поворота центра тяжести ролика относительно прямой, соединяющей центры вращения шкива и ролика.

Изменению величины крутящего мо мента будет соответствовать изменение величины угла -Ф . Вариация последнего может достигать нескольких десятков градусов, чем объясняется большая по» ,датливость муфты в установившихся ре.жимах работы.

При достижении моментом сил сопротивления критической величины начинается скольжение гибкой связи по шки ву, закрепленному на ведомом валу.

Влияние изменения коэффициента тре ния в месте контакта гибкой связи со р кйвом на стабильность срабатывания муфты можно определить следующим об >азом.

Пусть длина. деформированной гибкой связи при холостом ходе будет 4 „, а длина недеформированной гибкой связи»

Ь, тогда

Ь () где р — усилие натяжения гибкой свйэи при холостом ходе;

Е - модуль упругости материала гибкой связи; — площадь поперечного сечения гибкой связи.

Длина Ь х может быть подсчитана исходя иэ следующих соображений; при

Холостом ходе точка Х крепления гибЫой связи к ролику должна совпадать с тэчкой A начального касания гибкой связи к ролику. Следовательно, при холостом ходе длина ведомой ветви рав,на

6 . „ „ . (2)

Допустим, что при холостом ходе положение центра тяжести шкива может быть координировано углом А q

Для того, чтобы это условие выполНялоЕь, необходимо, чтобы угол между прямой 0 Ь, характеризующий положе ние центра тяжести шкива, и прямой

01К был равен: 30,K - р i (3) где Ур - угол между прямой () X@ и прямой, перпендикулярной оси вращения шкива.

Условие устойчивости работы муфты в режиме динамического равновесия мо

Жет быть определено в виде

4. = (w) где

7= п Р 5 д

Следовательно, на выбор точки К крепления гибкой связи к выступу шки-, ва накладывается ограничение

Ia — масса неуравновешенной части ролика;

Ян — расстояние между осями вращения шкива и ролика; и — скорость вращения водила; ВО„К,- p V, 85 ванием средних скоростей ведущего и ведомого валов.

Работа муфты в установившемся режиме.

По окончании периода пуска муфта начинает работать в режиме квазиупругой. Этот режим характеризуется теь, что момент сил сопротивления не достигает критической величины, при ко торой начинается проскальзывание гиб кой связи относительно шкива. Изменение величины момента сил сопротивления на ведомом валу приводит при этом к перераспределению усилий в ве дущей и ведомой ветвях гибкой связи, а следовательно, и к нарушению равно весия ролика. Ролик начинает поворачиваться в такое положение, при котором момент центробежной силы инерции уравновесит момент на ролйке, со-. здаваемый новыми усилиями в гиб- 20 кой связи. Но поворот ролика относительно водила приводит к повороту ве- домого шкива относительно водила, т.е. к изменению угла деформации муфты.

Очевидно, что углы деформации муф- 25 ты могут при этом достигать нескольких десятков градусов °

Если же момент сопротивления на ведомом валу достигает критической величины, то происходит срабатывание муфты.

Работа муфты в предохранительном .режиме, Этот режим работы, как и пуск, ха-, рактеризуется проскальзыванием гибкой 85 связи относительно шкива. Прн ударном нагружении ведомого вала нагрузкой, большей момента сил трения, обусловленного прижатием гибкой связи к шкиву, ведомый вал начинает останавливаться.

Ведущий вал продолжает вращение со скоростью двигателя. Так как момент инерции ведомых частей муфты значительно меньше момента инерции ротора двигателя, то и динамические нагрузки в звеньях агрегата будут значительно меньшими, чем в агрегате без муфты.

Через некоторое время защита (например, тепловая защита двигателя) отключит двигатель. Остановится и ведущий вал.

В установившемся режиме работы на неуравновешенный ролик действует центробежная сила инерции. Момент этой силы относительно оси вращения ролика 55 определяется уравнением

М = V5in oL, 608024 угол между прямой СО1 (точ-4 ка С - точка касания гибкой связи со шкивом) и прямой, перпендикулярной оси вращения шкива; — угол между прямой ВО„ и пря5 мой К101 °

При невыполнимости условия (5) бу-( дет невозможен .поворот шкива на угол Г

«ф»

Примем I 9ц1 . С учетом этого

}О обстоятельства длина ведущей ветви гибкой связи при холостом ходе будет равна е м -{Я -R) + — R. и 2 (Ь)

Общая длина " х гибкой связи при холостом режиме работы может быть определена с помощью уравнений (2) и (6) .

° () sЕ +(C 1(P 1 «(F )R» л л Е е ее (7)

20 Я „-()«;- ) 4RÄ-(R;R)* R R(R.V., ».,)R (8) Допустим, что при полном проскальзывании гибкой связи шкив устанавливается в положении, характеризуемом углом о(.. При этом длины ветвей гибкой связи могут быть определены ураннениямиг

30 длина ведущей ветви

Е„*Е, -R(<- .,); длина ведомой ветви .

Е, Е 2+ (d-,), (9)

Полная длина деформированной гибкой связи в режиме буксования равна:

"5-Е„Е,+«++„™„)Я ! ((10) 40

=е +Е -(я-r)(k-a )+Л+Ч +р )R

1 2 1 О1 O2.

Связь 1.5 с длиной L недеформированной гибкой связи может быть оп.ределена уравнением: . I, т(, +»(, (14)

45 где Ь(- деформация гибкой связи в режиме буксования.

Найдем величину этой деформации в первом приближении, подставляя в уран- 50 нение Гука вместо размеров недеформированных ветвей размеры деформированной гибкой связи. Так как предполагается, что деформации гибких звеньев незначительны, то связанная с этим упрощением ошибка в величине деформацки будет невелика.

С учетом этого обстоятельства (т(Фо1 Чоа) Й1 ет ет

Йб, (42) . 60 где (1 и Т2 — натяжение соответственно ведущей и ведомой ветвей в режиме буксования;

T R T(S) — натяжение гибкой связи на дуге обхвата ведомого шкива.

Согласно уравнению Эйлера

Ач т-т е (1 3) где ф — коэффициент трения в контакте гибкой связи с ведомым шкивом. т т елово

1 2

0 О1 О2 °

Подставляя уравнения (13) и (14) в уравнение (12), получим: е(: (cce» "e (-()"-, (e) (,, 6(Ро

EF 1 2,Ю . Решим совместно уравнения (1), (19, (15), (7) и (10):

IS-(Я-r )(а -<1) те ° („,)»ел, («е) е,а e,+ то где 6 уу- - величина относительной деформации гибкой связи при холостом ходе.

Для определения зависимости Г2 от

Д в явном виде рассмотрим условие равновесия сателлита.

В режиме пробуксовывания:

Ч5 л А *Т1R-Т2» T2R(e ) (47)

АМ где р* —, Р R

Аналогично à режима холостого хс)(ца может быть записано:

V51n (1= т„я (4-Р)*Е(4-Р) Е Я. (8)

Из уравнений (17) и (18) получаем»

4 о- sink

ММ

Rill aC т (49)

2 Е(4-р) Е F

Чтобы уяснить значение параметра в уравнениях (19) и (16) выводим равенства:

11-Я tî, * аГ С 51 Я (20 ) н

%(-л

Ч асс 51n — . (21)

02 R н

При принятых параметрах муфты и значении oL1 уравнения (19) и (16) представляют собой систему с неизвестными «2(» и Т»

Решив эту систему уравнений относительно Т2 нетрудно найти момент

;М, с которым гибкая связь воздействует на ведомый вал:

/ е

Подставляя в уравнение (22) уравнение (19), получим:

МС 4 Еу .. (23)

6((- ) где C —.— — EF R

Sin «2, (l

1 ге" О

S е«л ле.

Е -р

608024.1 0 (26) ОЧевидно, что стабильность момента получена лишь при выполнимости услосрабатывания И определяется стабиль- вия ностью величины Й Я ф.

Чувствительность по отношению к ве- 8,@ (25) личине коэффициента трения 6 можРт Ho col"JIBGHo статической характеристи быть определена в виде: ке увеличение момента сопровождается

«ае а " - г ал увеличением угла деформации, . ТаЬ= — - — р Сoos С2+) ким образом, на устойчивой ветви хаЬФ е -,р Э,ц /У рактеристики е Р

V е (1-р> f0

8А где д Зд; э 8,6

Очевидно, что в этих условиях оказыЯо величина 2 положительна при любых вается целесообразным принять ck *—

:допустимых значениях параметров 9g, что может быть обеспечено подбором н - .

,О, „Р . Следовательно, чувствитель- 15 минальных значений параметров, соотность 4, равная. нулю, может быть ветствующих уравнению

E (f - ç) E(MR„-(R;I ) +JR„(R R — il tÒ F ° ) R )

О. (27) (. " - - - р — - ) е о.-р)арпа (- В -(я- 1+ к ) е - я - — - + в "о

1 н 1! Н 1 Р,2 1),„

Такой подбор параметров позволяет,что, с целью упрощения ее конструкции увеличить стабильность срабатывания и повышения нагрузочной способности муфты, уменьшить расчетный коэффици- путем обеспечения самонатяжения гиб ент запа:а прочности при конструиро- ких связей, каждый ролик имеет выстуг ванин и, следовательно, удешевить му@- в виде кольцевого сектора радиус ци-

ТУ линдрической поверхности которого больше радиуса ролика, ведущий конец

Формула изобретения гибкой связи закреплен на цилиндрической поверхности этого выступа, а

1. Упруго-предохранительная цен- ведомый конец — на цилиндрической потробежная муфта, содержащая шкивы, уо- 30 верхности ролика, ! тановленные на ведомом валу, и неурав.— .2. Муфта по и 1 о т л и ч а ю д новешеиные относительно своих осей щ а я с я тем, что, с целью повышевращения ролики, вязанные со шкивамЦ .ния стабильности срабатывания муфты, гибкими связями, а с ведущим валом — параметры ее конструктивных элементов водилом, отличающаяся теМ, 35 выбраны в соответствии с уравнением:

"г (-д) (;(n„- ). „ь;м > <,,) (е -р/Мну (8;-(R- ) 1а. )е + R„-(a-,r) p(+-А„) ГДЕ . Чо = О1 О2

Ф

40 радиус шкива;

Я -3. номинальное значение ко»

Ч> er csin эффициента трения в месте контакта н гибкой связи со шкивом;

=сц-с Йп расстояние между осями вращения шкива и ролика;

Т,от т

Яд †. — величина относительной

Е F о

Т деформации гибкой связи при холостом

:ходе; где Т1 и Т2 — усилия натяжения соответ,Tg — усилие натяжения гибкой 50 ственно ведущей и ведомой ветвей гибсвязи при холостом ходе," кой связи в режиме буксования;

6 — модуль упругости матери- Угол поворота центра тя1 ала гибкой связи;. жести ролика относительно прямой, coelплощадь поперечнсгс се- :диняющей цечтры вращения шкива и рочения гибкой связи; лика.

Я вЂ” радиус цилиндрической поверхности выступа ролика; Источники информации, принятые во радиус цилиндрической по- внимание при экспертизе: верхности ролика; 1. Авторское свидетельство СССР— отношение радиуса цилин-,Р 451879, кл. Р 16 2 43/20, 1973. дрической поверхности ролика к радиу- 2. Авторское свидетельство СССР су цилиндрической поверхности выступа; Р 484330, кл. Р 16 2 43/20, 1973. б08024

Фиг. 2

@sr@. 1

Составитель И. Антипова

*.с

Эаказ 2781/26 Тираж 1198 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035д Москва Z-35 Ра ская наб. . 4 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4