Муфта для соединения валов

Предложение относится к насосному оборудованию для перекачки, а именно к податливым не выключаемым муфтам, соединяющим входной вал двигателя с входным валом насоса.
Известно гибкая муфта для соединения валов (патент на ПМ RU №21076, МПК F16D 3/00, F04D 13/10, опубл. 20.12.2001 Бюл. № 35), включающая две полумуфты с соосными отверстиями, расположенными по окружности, в которых размещены элементы для передачи крутящего момента, причем элементы для передачи крутящего момента выполнены гибкими в виде прядей каната, прижатых со стороны валов крепежными элементами, при этом длина каждой пряди каната составляет не менее 1/3 длины периода оборота пряди вокруг оси каната, а диаметр окружности, по которой расположены отверстия, больше диаметра каната, по меньшей мере, в 2 раза.
Недостатками данной муфты является сложность сборки канатов, невозможность получения равномерной нагрузки на все пряди канатов, что приводит к быстрому выходу из строя.
Известен также муфта для соединения валов (патент RU №2463495, МПК F16D 3/50, опубл. 10.10.2012 Бюл. № 28), содержащая гибкую цилиндрическую деталь с соосным отверстием и элементы для закрепления указанной детали на валах, отличающаяся тем, что она снабжена упругим узлом, состоящим из стяжного устройства, колец с отверстиями и расположенных между ними тонкостенных кольцевых пружин, гибкую цилиндрическую деталь вдоль ее оси условно можно разделить на три части, крайние из которых предназначены для закрепления указанной детали на валах, а в отверстии средней части расположен упругий узел, причем тонкостенные кольцевые пружины имеют на своих торцах цилиндрические участки, предназначенные для установки в отверстия колец, а стяжное устройство охватывает крайние кольца с отверстиями и предназначено для сборки упругого узла и предварительного сжатия тонкостенных кольцевых пружин, при этом в отверстии упругой цилиндрической детали кольца с отверстиями установлены с натягом, а тонкостенные кольцевые пружины - с зазором.
Недостатками данной муфты является сложность сборки колец с тонкостенными кольцевыми пружинами, при выходе из строя одной из пружин быстро выходит из строя все соединение, так как нет дублирующих элементов.
Наиболее близкой по технической сущности является муфта с пакетами плоских пружин (патент на ПМ RU №193454, МПК F16D 3/50, опубл. 30.10.2019 Бюл. № 31), содержащая две полумуфты, связанные между собой пакетами плоских пружин с наконечниками, удерживающими пружины посредством штифтов, при этом наконечники в одной из полумуфт установлены в соответствующих отверстиях по посадке с зазором с возможностью поворота и осевого смещения, а в другой полумуфте наконечники имеют возможность только поворота и зафиксированы от осевого смещения, отличающаяся тем, что наконечники, фиксирующие пакеты от осевого смещения и обеспечивающие их поворот вокруг оси, установлены в отверстиях полумуфт на подшипниках качения, закрепленных на наконечниках и в отверстиях полумуфты.
Недостатками данной муфты являются сложными в изготовлении и обслуживании из-за наличия большого числа сложных точно подгоняемых деталей, большое расстояние между соединяемыми плоскостями полумуфт приводит к большим нагрузкам на штифты, что требует повышенной их прочности и, как следствие, приводит к большой жесткости муфты в сборе, что делает соединение валов менее подвижным и приводит быстрому выходу из строя из-за больших нагрузок в муфте даже при незначительном смещении валов по углу или в радиальном направлении.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой в изготовлении, сборке и обслуживании конструкции муфты для соединения валов, позволяющей снизить нагрузки на муфту и увеличить межремонтный период.
Техническая задача решается муфтой для соединения валов, включающей две полумуфты, связанные между собой пакетами упругих наконечников, которые установлены в соответствующие отверстия полумуфт, причем наконечники в первой полумуфте установлены в соответствующих отверстиях с возможностью поворота и осевого смещения, а во второй полумуфте наконечники установлены с возможностью только поворота и зафиксированы от осевого смещения при работе упором.
Новым является то, что наконечники выполнены в виде цилиндрических штифтов, изготовленных из упругого материала, в том числе и армированного, упор выполнен в виде торцевой пластины, фиксирующейся снаружи второй муфты, а отверстия первой муфты с наружного торца снабжены заглушками с центральным отверстием, причем штифты выполнены поджатыми пружинами от соответствующих заглушек к торцевой пластине.
Новым является также то, что полумуфты по периметру оснащены соответствующими метками для регистрации соответствующими синхронизированными датчиками.
На чертеже изображена схема муфты.
Муфта для соединения валов 1 и 2, соединяющих, например, двигатель и насос (не показаны), включает две полумуфты 3 и 4, связанные между собой пакетами упругих наконечников в виде штифтов 5, которые установлены в соответствующие отверстия 6 и 7 полумуфт 3 и 4, причем штифты 5 в первой полумуфте 3 установлены в соответствующих отверстиях 6 с возможностью поворота и осевого смещения, а во второй полумуфте 4 наконечники установлены в отверстия 7 с возможностью только поворота и зафиксированы от осевого смещения при работе упором в виде торцевой пластины 8. Пластина 8 фиксируется снаружи второй муфты 4. Отверстия 6 первой муфты 3 с наружного торца снабжены заглушками 9 с центральным отверстием 10. Штифты 5 выполнены поджатыми пружинами 11 от соответствующих заглушек 9 к торцевой пластине 8. Для работы с большими нагрузками штифты 5 могут быть армированы тканевыми или металлическим кордом (не показан). Для контроля за состоянием полумуфты 3 и 4 по периметру могут быть оснащены соответствующими метками 12 и 13 (показаны условно) для регистрации соответствующими синхронизированными по времени датчиками 14 и 15 (показаны условно), для передачи информации в блок контроля 16 (показан условно).
Метки 12 и 13 могут быть выполнены любой известной конструкции: визуальной, отражающей, ферримагнитной или т.п. - для снятия информации соответствующими датчиками 14 и 15: видео- или фото камерами, лазерными передатчиками и приемниками, магнитной головкой или т.п. Торцевая пластина 8 может фиксироваться в рабочем положении (при прижатии шрифтов 5) стопорным кольцом (не показано) на валу 2, резьбовыми шпильками с гайками, болтами 17 к полумуфте 4 или т.п. Материал корда и его направление для армирования штифта 5 выбирают исходя из стендовых испытаний образцов для получения необходимой прочности, гибкости и износостойкости штифта 5 в целом. Авторы на это не претендуют.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность муфты, на чертеже не показаны или показаны условно.
Муфта работает следующим образом.
Валы 1 и 2 соединяют так, чтобы полумуфты 3 и 4 соединялись внутренними торцами, взаимным поворотом и смещением валов 1 и 2 с полумуфтами 3 и 4 добиваются совмещения соответствующих отверстий 6 и 7 с наружного торца второй полумуфты 4 в каждое отверстие 7 последовательно вставляют пружину 11 и со смазкой (автол, литол или т.п. - для уменьшения трения) штифт 5, которым проталкивают пружину 11 до ее упора в заглушку 9 соответствующих отверстий 6 первой полумуфты 3. Выступающие концы штифтов 5 из отверстий 7 поджимают торцевой пластиной 8, которую фиксируют в этом - рабочем положении относительно торца полумуфты 4, например, болтами 17. После чего двигатель запускают передавая вращение на вал 1 или 2, а муфта передает вращение другому валу 2 или 1 при помощи штифтов 5.
В случаях углового отклонения валов 1 и 2 один конец из внутренних торцов полумуфты 3 или 4 немного отойдет от другого торца другой полумуфты 4 или 3, при этом соответствующие пружины 11 выталкивают штифт 5 из отверстия 6, прижимая к пластине 8, обеспечивая нахождение штифта 5 в образовавшемся зазоре между полумуфтами 3 и 4 и равномерную передачу крутящего момента по всему периметру полумуфт 3 и 4. После прохождения обозвавшегося зазора штифты пластиной 8 «заталкиваются» в отверстие 6 полумуфты 3 - в исходное состояние. После чего цикл повторяется. При этом отверстие 10 в заглушке 9 исключает «поршневание» внутри отверстия 6 (при возвратно-поступательном движении штифта 5) за счет сообщения отверстия 6 с внешним пространством.
При радиальном смещении валов 1 и 2 внутренние торцы полумуфт 3 и 4 тоже смещаются, что нивелируется упругими свойствами всех штифтов 5, обеспечивающих равномерную передачу крутящего момента по всему периметру полумуфт 3 и 4.
Так как штифты 5 имеют цилиндрическую форму, то, вращаясь произвольно в отверстиях 6 и 7, обеспечивают более равномерный износ по периметру, увеличивая срок службы муфты, как показала практика, примерно в 2 раза.
Из-за того, что внутренние торцы полумуфт 3 и 4 находятся в контакте, нагрузка на штифты 5 снизилась в 1,5 - 2 раза по сравнению с наиболее близким аналогом.
В ходе работы штифты 5, передающие крутящий момент между полумуфтами 3 и 4 для вращения валов 1 и 2, изнашиваются и через определенное время (определяется эмпирически) требуют из замена (реанимация муфты).
Для автоматизации процесса контроля за состоянием штифтов 5 полумуфты 3 и 4 по периметру могут быть оснащены соответствующими метками 12 и 13 для регистрации соответствующими датчиками 14 и 15. Информация с датчиков 14 и 15 передается в блок контроля 16, в котором информация о прохождении соответствующих меток 12 и 13 датчиков 14 и 15 синхронизируется по времени и определяется отставание по времени прохождения ведомого вала 2 или 1 относительно ведущего вала 1 или 2. По мере износа и деформации штифтов 5 угол отставания ведущего вала 1 или 2 от ведомого 2 или 1 увеличивается и соответственно увеличивается время отставания валов 1 и 2 фиксируемого датчиками 14 и 15. При достижении критического времени отставания (определяется эмпирическим путем в ходе стендовых испытаний) блок контроля 16 подает сигнал о необходимости замены штифтов 5 (реанимации муфты).
Для реанимации муфты ведущий вал 1 или 2 вместе с ведомым валом 2 или 1 останавливают, отсоединяют (например, открутив болты 17) пластину 8, отодвигая ее по валу 2. Пружины 11 выталкивают штифты 5 из отверстий 6 и 7 полумуфт 3 и 4 наружу со стороны торца отверстия 7. В случаях застраивания штифтов 5 в отверстиях 6 и/или 7 и невозможности их выталкивания пружинами 11, шрифты 5 выталкивают при помощи жесткого прутка (не показан) соответствующего сечения через отверстия 10 заглушек 9. Отработавшие штифты 5 извлекают и заменяют на новые. После поджатия и фиксации новых штифтов 5 пластиной 8 муфта готова к дальнейшей работе. Время на замену штифтов 5 и запуск в работу муфты, как показала практика, составляет 20 - 45 мин., в зависимости от количества штифтов 5 по периметру полумуфт 2 и 3. При этом межремонтный период вырос в 2-3 раза по сравнению с аналогами. А сами сменные элементы (штифты 5) дешевы и просты в изготовлении, как вся конструкция муфты в целом.
Прилагаемая муфта для соединения валов проста и дешева в изготовлении и обслуживании, при этом позволяет снизить нагрузки на муфту и увеличить межремонтный период.