Результат интеллектуальной деятельности: МУФТА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МНОГОЯРУСНАЯ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в предохранительных муфтах для передачи больших величин крутящих моментов от ведущего вала на ведомый с одновременной защитой машин и механизмов от нагрузок, превышающих расчетные.

Известна сцепная муфта, содержащая две фланцевые полумуфты, одна из которых выполнена с гнездами, а другая - с осевыми отверстиями и расположенными в них подпружиненными элементами сцепления, оси гнезд выполнены со смещенным шагом относительно осей элементов сцепления (см. авторское свидетельство №1016591 A, F16D 43/20).

Недостатком данного технического решения является сложность его изготовления.

Наиболее близкой к технической сущности изобретения является предохранительная муфта, содержащая корпус для соединения ведущего и ведомого валов, на одном конце отверстия которого насажена призматическая шпонка на прямобочный паз, а на другом - несколько подныривающих шпонок, являющихся элементами сцепления, на пазы, равномерно расположенные по окружности параллельно оси корпуса и имеющие наклонные боковые поверхности, подныривающие шпонки имеют отверстия со вставленными пружинами сжатия, которые упираются в направляющие, вставленные в прямобочные пазы вала (см. патент RU №2381395 С1, F16D 43/20, опубликован 10.02.2010).

Недостатком данного технического решения является ограничение передаваемого крутящего момента.

Техническим результатом изобретения является увеличение передаваемого крутящего момента.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что муфта предохранительная многоярусная содержит корпус в виде двух полумуфт, каждая из которых имеет установочную и сцепную части, установочная часть каждой полумуфты выполнена в виде цилиндра, одним торцом связанного со своей сцепной частью, выполненной в виде коаксиальных цилиндров, соосных цилиндру установочной части, при этом цилиндр большего диаметра сцепной части каждой полумуфты охватывает с зазором соответствующий цилиндр меньшего диаметра сцепной части другой полумуфты, а в каждом из промежутков между цилиндрами сцепных частей полумуфт установлены элементы сцепления, представляющие собой подныривающие шпонки.

Каждая подныривающая шпонка установлена в двух сообщенных пазах соответствующих соседних цилиндров сцепных частей, при этом один из двух сообщенных пазов выполнен с наклонными боковыми стенками, а шпонка подпружинена в сторону паза с наклонными боковыми стенки.

Кроме того, дно каждого паза с наклонными боковыми стенками имеет, преимущественно, форму сегмента цилиндрической поверхности с осью, совпадающей с осью муфты.

Кроме того, в поперечном сечении сообщенные пазы полумуфт расположены равномерно по окружности в виде радиальных рядов, а вершины углов пазов с наклонными боковыми стенками каждого ряда, образованных дном каждого паза и его наклонными боковыми стенками, лежат на двух радиально расходящихся прямых.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена муфта в продольном разрезе; на фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 изображен выносной элемент Б на фиг.2.

Муфта предохранительная многоярусная содержит корпус в виде двух полумуфт 1, 2 ведущей и ведомой соответственно. Каждая полумуфта 1, 2 имеет установочную часть 3 и сцепную часть 4. Установочная часть 3 каждой полумуфты 1, 2 выполнена в виде цилиндра, предназначенного для установки соответственно на ведущий и ведомый валы (не показаны), снабженного фиксирующим болтом 5, с помощью которого осуществляется крепление соответствующей полумуфты 1, 2 на соответствующий вал. Цилиндр установочной части 3 каждой полумуфты 1, 2 одним своим торцом связан со своей сцепной частью 4, которая выполнена в виде коаксиальных цилиндров 6, 7, 8, 9, соосных цилиндру установочной части 3 соответствующей полумуфты 1, 2 и связанных с ним ближайшими торцами. Цилиндры 7 сцепной части 4 полумуфты 1 входят в пространство между цилиндрами 8 и 9 сцепной части 4 полумуфты 2, таким образом, цилиндр 6 большего диаметра полумуфты 1 охватывает с зазором цилиндр 8 меньшего диаметра полумуфты 2, который в свою очередь охватывает с зазором цилиндр 7 полумуфты 1, а он охватывает с зазором цилиндр 9 полумуфты 2. Между цилиндрами 6, 7, 8, 9 сцепных частей 4 полумуфт 1, 2 образованы промежутки, в каждом из которых установлены элементы сцепления, представляющие собой подныривающие шпонки 10.

На внутренних поверхностях цилиндров 6, 7, 8 полумуфт 1, 2 выполнены продольные пазы 11 с наклонными боковыми стенками, в углы которых, образованные дном паза 7 и его наклонными боковыми стенками, упираются наружные вершины прямых углов шпонок 10. Дно 12 каждого паза 11 имеет форму сегмента цилиндрической поверхности с осью, совпадающей с осью муфты.

На внешних поверхностях цилиндров 7, 8, 9 полумуфт 1, 2 выполнены пазы 13 с прямыми боковыми стенками, в которых размешены подпружиненные в сторону соответствующего паза 11 с помощью цилиндрической пружины 14 сжатия подныривающие шпонки 10, а также направляющие 15 с выступами 16. Каждая подныривающая шпонка 10 имеет отверстия 17 с уступом, в которые вставлены пружины 14, упирающиеся в выступы 16 соответствующей направляющей 15, удерживающие пружины 14 от перемещений. Также шпонки 10 имеют отверстия 18 для подачи смазки.

Сообщенные пазы 11, 13 с установленными в них подныривающими шпонками 10 в поперечном сечении расположены равномерно по окружности в виде радиальных рядов, при этом вершины углов пазов 11 с наклонными боковыми стенками каждого ряда лежат на двух радиально расходящихся прямых.

Полумуфты 1, 2 зафиксированы от осевого перемещения относительно друг друга посредством полуколец 19, расположенных в выточке 26 на внутренней поверхности цилиндра 6 полумуфты 1 и закрепленных к закрытому торцу полумуфты 2 посредством болтов 20 с шайбами 21.

Муфта содержит закрепленные на свободных торцах цилиндров 9 и 7 посредством болтов 22 с шайбами 23 кольца 24 и 25, позволяющие удерживать подныривающие шпонки 10 от выпадения из сообщенных пазов 11, 13.

α - угол между прямыми, исходящими от центра, расположенного на оси вращения муфты до наружных вершин прямых углов подныривающих шпонок одного радиального ряда (фиг.2);

β - угол наклона боковых поверхностей шпоночных пазов 11 к оси симметрии;

R - радиус поверхности 12 шпоночного паза 11 с наклонными боковыми стенками с центром, расположенным на оси вращения муфты;

Т - сила, необходимая для сжатия пружины 14 на высоту К;

N - усилие сопротивления вращению при сжатии пружины 14 на высоту К;

К - глубина шпоночного паза 11 с наклонными боками;

Имеет место соотношение N=T·tgβ.

Сборка муфты осуществляется следующим образом.

Сначала собирают ведущую полумуфту 1. Для этого корпус ведущей полумуфты ставят на сборочный стол вертикально с соосными цилиндрами 6, 7, направленными вверх. Смазывают стенки всех шпоночных пазов 11, 13 цилиндров 6, 7 консистентной смазкой типа ЦИАТИМ 205 ГОСТ8551-74. В шпоночные пазы 13 с прямыми боками внутреннего цилиндра 7 вставляют направляющие 15 в сборе с пружинами 14 и шпонками 10. При этом смазка за счет вязкости и сил трения удерживает в вертикальном положении шпонки 10 в сборе с пружинами 14 и направляющей 15, если необходимо, то дополнительно заполняют межвитковое пространство пружин 14 смазкой. Швейными нитками №10 обматывают в два оборота подныривающие шпонки 10 и связывают в узел на бантик, оставляя длинным конец бантика. Закрепляют кольцо 24 болтами 22, шайбами 23 к торцу цилиндра 7. Корпус ведомой полумуфты 2 ставят на стол пресса вертикально с соосными цилиндрами 8, 9, направленными вверх. Смазывают стенки всех шпоночных пазов 11, 13 цилиндров такой же консистентной смазкой. Если смазка недостаточно густая, то ее необходимо охладить в холодильнике до температуры 10-15°C. Вставляют направляющие 15 в сборе с пружинами 14 и шпонками 10 в шпоночные пазы 13 внутреннего 9 и внешнего 8 цилиндров, обильно заполнив межвитковое пространство пружин 14 смазкой. Закрепляют кольцо 25 к цилиндру 9 болтами 22, шайбами 23. Необходимо следить за тем, чтобы подныривающие шпонки 10 находились в своих пазах вертикально, не выпадая. Обматывают швейными нитками в два оборота шпонки 10 на обоих ярусах и связывают на узел так, чтобы шпонки 10 утонули в своих пазах. Ведущую полумуфту 1 в сборе со шпонками 10 вставляют вертикально в пространство между соосными цилиндрами 8 и 9 ведомой полумуфты 2 при помощи пресса так, чтобы шпонки 10 всех ярусов вошли в шпоночные пазы 11 с наклонными боками до упора. Швейные нитки развязывают и вытягивают из полостей цилиндров или срезают. Собирают полукольца 19, вставляя их в кольцевую выточку цилиндра 6, и прикрепляют их к торцу полумуфты 2 болтами 20, шайбами 21. Собранную предохранительную муфту насаживают на конец ведущего вала и фиксируют болтом 5. Предохранительную муфту в сборе с ведущим валом насаживают на конец ведомого вала и фиксируют болтом 5. Отсоединяют предохранительную муфту от валов, не разбирая муфту, в обратном порядке соединению валов.

Муфта предохранительная многоярусная работает следующим образом. Элементами сцепления ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт являются подныривающие шпонки 10, которые собраны на соответствующих ярусах вместе с цилиндрическими пружинами сжатия 14. Податливость пружин 14 рассчитывается такой, чтобы они не прогибались под действием суммарной расчетной силы, выступающей в виде крутящего момента от цилиндров 6, 7 ведущей полумуфты 1. Шпонки 10 на всех ярусах собраны и изготовлены таким образом, что наружные вершины прямых углов находятся на одной прямой, исходящей из центра, который находится на оси вращения муфты. Имеется в виду, что шпонки 10 собраны радиально в ряд, а вершины углов наклона боковых поверхностей шпоночных пазов 11 с наклонными боковыми стенками находятся также на этой прямой. В начале вращения ведущего вала (не показан) крутящий момент будет передаваться ведомому валу (не показан) через все подныривающие шпонки 10 одновременно. Если сопротивление вращению ведомого вала возрастает по различным причинам, например примерзание механизма, заклинивание элементов механизма и другие, то вступают в действие наклонные боковые стенки шпоночных пазов 11 с радиусными поверхностями 12 (фиг.3). Углы наклона β шпоночных пазов 11 находятся в пределах от 4° до 85°. При β≤4° подныривающие шпонки 10 работают как обыкновенные призматические шпонки: не подныривая и не утопая. При β≥85° сцепления шпонок 10 на ведущей и ведомой полумуфтах 1, 2 не будет, так как податливости пружин 14 и силы трения недостаточно для зацепления и передачи расчетного крутящего момента. Сопротивление всех подныривающих шпонок 10 в совокупности с возможностью преодоления сопротивления боковых поверхностей наклонных шпоночных пазов - в пределах (1-1,25)Р, где Р - расчетная величина крутящего момента, передаваемая ведущим валом. В пределах величин крутящего момента, равного (1-1,25)Р предохранительная муфта работает как обыкновенная муфта сцепления. При сопротивлении ведомого вала крутящему моменту более 1,25Р муфта работает как предохранительная и размыкает соединение ведущего и ведомого валов, т.е. ведущая полумуфта 1 продолжает свое вращение, а ведомая полумуфта 2 - не вращается. При этом вершины прямых углов шпонок 10 скользят по наклонным боковым стенкам шпоночных пазов 11 за счет осевой деформации пружин 14, находящихся в соответствующих отверстиях 17 шпонок 10. Поверхность 12 выполнена радиусной для того, чтобы деформация пружин 14 была близкой к осевой, и износ стенок шпоночного паза 13 и самой шпонки 10 был равномерным.

Муфта - реверсивная, т.е. способна работать при разных направлениях вращения.

При таком выполнении муфты обеспечивается возможность размещения увеличенного количества сцепляющихся подныривающих шпонок 10 за счет многоярусного исполнения соосных цилиндров 6, 7, 8, 9 полумуфт 1, 2, соединенных торцами и собранных друг с другом с гарантированным зазором, тем самым, увеличивая передачу значительно большего крутящего момента.