Пластинчатая муфта

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкциям пластинчатых муфт для передачи крутящего момента между соединяемыми валами в условиях возможного перекоса их осей и может быть использована в нефтяной, газовой и авиационной промышленности для привода тяжело нагруженных агрегатов, а также в испытательной технике - стендах для испытаний машин, механизмов, валов, приводов и т.п.
Уровень техники
Широко известна конструкция пластинчатых муфт, содержащая ведущий фланец, ведомый фланец, размещенный между фланцами пакет пластин и соединительные крепежные элементы (болты с гайками), проходящие в отверстие одного из фланцев и отверстия пластин (см., например, патент РФ на изобретение RU 2153607, 27.07.2000, патент РФ на полезную модель RU 35395, 10.01.2004, патент Великобритании GB 2159240, 27.11.1985). Передача крутящего момента в таких муфтах осуществляется за счет натяжения пакета пластин, возникающего от перекоса осей ведущего и ведомого фланцев.
Недостатком известной конструкции является ограничение по углу перекоса соединяемых валов (обычно допустимый угол перекоса составляет ±20') и по величине передаваемого крутящего момента.
Наиболее близким аналогом полезной модели является пластинчатая муфта, раскрытая в патенте Китая CN 101886672, 24.04.2013. Муфта содержит ведущий, ведомый и промежуточные фланцы, имеющие крепежные отверстия, два комплекта пластинчатых элементов, соединяющих ведущий и ведомый фланцы с промежуточным фланцем, а также крепежные элементы для крепления пластинчатых элементов к фланцам. Пластинчатые элементы выполнены в виде планок (звеньев) с отверстиями на концах. При этом каждый комплект пластинчатых элементов имеет два контура пластинчатых элементов в форме пересекающихся многоугольников.
Недостатком указанной конструкции является ее сложность, а также ограничение по величине передаваемого крутящего момента в условиях перекоса осей валов. Кроме того, в известной конструкции пластинчатые элементы пересекающихся контуров будут задевать друг друга при перекосе осей, что может снизить надежность работы муфты.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков аналогов.
Технический результат полезной модели заключается в повышении допустимой величины передаваемого муфтой крутящего момента в условиях перекоса осей соединяемых валов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что пластинчатая муфта содержит ведущий и ведомый фланцы, имеющие сквозные крепежные отверстия; комплект пластинчатых элементов для соединения фланцев, причем пластинчатые элементы выполнены в виде планок с отверстиями на концах; и стержневые крепежные элементы ведущего и ведомого фланцев, каждый из которых проходит в одно крепежное отверстие одного из фланцев и в отверстия в пластинчатых элементах. Каждый пластинчатый элемент одним концом соединен с крепежным элементом ведущего фланца, а вторым концом - с крепежным элементом ведомого фланца. В ведущем и ведомом фланцах выполнены внешние крепежные отверстия и внутренние крепежные отверстия, расположенные на концентрических окружностях. Пакет пластинчатых элементов включает внутренние пластинчатые элементы, соединяющие крепежные элементы, проходящие во внутренние крепежные отверстия фланцев, и внешние пластинчатые элементы, соединяющие крепежные элементы, проходящие во внешние крепежные отверстия фланцев.
Кроме того, предусмотрены частные варианты реализации полезной модели, согласно которым:
- в крепежные отверстия фланцев установлены переходные втулки для размещения в них крепежных элементов;
- внешние крепежные отверстия ведущего фланца смещены относительно внешних крепежных отверстий ведомого фланца;
- ведущий и ведомый фланцы выполнены в виде плоских дисков с трапецеидальными выступами, на которых размещены внешние крепежные отверстия;
- в ведущем и ведомом фланцах выполнены внутренние вспомогательные отверстия, расположенные напротив крепежных отверстий указанных фланцев;
- внутренние пластинчатые элементы соединяют соседние крепежные элементы с образованием замкнутого многоугольника;
- внешние пластинчатые элементы соединяют каждый крепежный элемент с одним из соседних крепежных элементов, который находится дальше по отношению к другому соседнему крепежному элементу;
- пластинчатые элементы имеют переменное поперечное сечение;
- в качестве крепежных элементов использованы силовые болты.
В отличие от ближайшего аналога, в заявленной конструкции исключен промежуточный фланец. При этом между фланцами размещены два контура пластин, расположенных концентрично и не пересекающихся друг с другом. Указанные отличия позволяют значительно увеличить допустимую величину передаваемого крутящего момента.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан вид заявленной муфты спереди;
на фиг. 2 показан вид заявленной муфты в разрезе;
на фиг. 3 показан дополнительный местный разрез по внутренним пластинчатым элементам;
на фиг. 4 показан объемный вид заявленной муфты;
на фиг. 5 показан объемный вид заявленной муфты без ведомого фланца;
на фиг. 6 показан вид пластинчатого элемента;
на фиг. 7 показана переходная эксцентриковая втулка, устанавливаемая в отверстия фланцев и пластинчатых элементов.
На указанных чертежах элементы обозначены следующими позициями:
1 - ведущий фланец;
1а - выступ ведущего фланца;
2 - ведомый фланец;
2а - выступ ведомого фланца;
3а - внутреннее крепежное отверстие ведущего фланца;
3b - внутреннее крепежное отверстие ведомого фланца;
3с - внутреннее вспомогательное отверстие ведомого фланца;
3d - внутреннее вспомогательное отверстие ведущего фланца;
4а - внешнее крепежное отверстие ведущего фланца;
4b - внешнее крепежное отверстие ведомого фланца;
5а - внутренний прямой пластинчатый элемент;
5b - внутренний обратный пластинчатый элемент;
5с - внешний пластинчатый элемент;
6 - отверстие пластинчатого элемента;
7 - крепежный элемент (болт);
8 - гайка;
9 - шайба;
10 - переходная втулка.
Осуществление полезной модели
Заявленная муфта содержит ведущий (1) и ведомый (2) фланцы для соединения с валами для передачи крутящего момента. Ведущий (1) и ведомый (2) фланцы муфты могут представлять собой плоские диски с фасонной обработкой наружного контура с выполнением трапецеидальных выступов (1а, 2а), обеспечивающих свободное осевое и угловое перемещение фланцев при работе муфты. Для сочленения с ведущим и ведомым валами, в центральной части фланцев (1, 2) выполнены шлицы с внутренним зубом и пояс резьбовых отверстий. Шлицы предназначены для передачи крутящего момента от фланца к соответствующему валу, а резьбовые отверстия - для осевой фиксации фланца на соответствующем валу. Шлицы и резьбовые отверстия искусственно вынесены на больший диаметр для обеспечения соединения с валами различных размеров. Конструкция муфты выполнена таким образом, что ведущий и ведомый фланцы могут быть взаимозаменяемыми.
На каждом из фланцев выполнен ряд сквозных крепежных отверстий, расположенных на двух концентрических окружностях (одинаковых для ведущего и ведомого фланцев): внутренние крепежные отверстия (3а, 3b), расположенные на внутренней окружности, и внешние крепежные отверстия (4а, 4b), расположенные на внешней окружности. Кроме того, напротив каждого внутреннего крепежного отверстия (3а), выполненного в ведущем фланце (1) в ведомом фланце (2) имеются расположенные соосно вспомогательные отверстия (3с). Напротив каждого внутреннего крепежного отверстия (3b), выполненного в ведомом фланце (2), в ведущем фланце (1) имеются расположенные соосно вспомогательные отверстия (3d). В частном случае выполнения в каждом из фланцев выполнено по три внутренних крепежных (3а, 3b), три внутренних вспомогательных (3c, 3d) и шесть внешних крепежных (4а, 4b) отверстий.
В частном варианте реализации полезной модели внешние крепежные отверстия (4а, 4b) выполнены на трапецеидальных выступах (1а, 2а). Внешние крепежные отверстия (4а) ведущего фланца (1), предпочтительно, смещены относительно внешних крепежных отверстий (4b) ведомого фланца (2).
Соединение фланцев (1, 2) осуществляется посредством комплекта (набора) пластинчатых элементов (5а, 5b, 5с) в виде пакетов (торсионов). Каждый из пластинчатых элементов (5а, 5b, 5с) выполнен в виде планки (звена) с отверстиями на концах (6). Для оптимизации напряженного состояния пластинчатые элементы могут иметь переменное поперечное сечение; в частности, на концах пластинчатых элементов могут быть выполнены утолщения.
Пластинчатые элементы (5а, 5b, 5с) выполнены из нагартованной ленты из стали, например, 23Х15Н5АМ3-Ш или 12Х18Н10Т. Также при изготовлении пластин, независимо от марки материала, может применяться фторопластовое покрытие, которое способствует предотвращению появления фреттинг-коррозии.
Для закрепления пластинчатых элементов (5а, 5b, 5с) на фланцах предусмотрены стержневые крепежные элементы (7). В частности, в качестве крепежных элементов (7) могут применяться силовые болты с гайками (8) и опорными шайбами (9). Каждый крепежный элемент (7) проходит в одно крепежное отверстие одного из фланцев (1, 2) и в отверстия (6) в пластинчатых элементах. Таким образом, каждый пластинчатый элемент (5а, 5b, 5с) одним концом соединен с крепежным элементом (7) ведущего фланца (1), а вторым концом - с крепежным элементом (7) ведомого фланца (2).
Комплект пластинчатых элементов (5а, 5b, 5с) включает два контура:
- внутренний контур, который образован внутренними прямыми (5а) и обратными (5b) пластинчатыми элементами, которые закреплены крепежными элементами (7) поочередно во внутренних крепежных отверстиях (3а, 3b) фланцев (1, 2). При этом вспомогательные отверстия (3с, 3d) фланцев (1, 2), выполнены с гарантированным зазором от крепежных элементов (7) для исключения их задевания при работе муфты с изгибом от несоосности приводных валов;
- внешний контур, который образован внешними пластинчатыми элементами (5с), соединяющими соседние крепежные элементы (7), проходящие во внешние крепежные отверстия (4а, 4b) фланцев (1, 2).
В предпочтительном варианте реализации, при выполнении внутренних крепежных отверстий (3а, 3b) внутренние пластинчатые элементы (5а, 5b) соединяют каждый крепежный элемент (7) с соседним крепежным элементом с образованием замкнутого многоугольника (шестиугольника). При выполнении внешних крепежных отверстий (4а, 4b) со смещением внешние пластинчатые элементы (5с) соединяют каждый крепежный элемент (7) с одним из соседних крепежных элементов, который находится дальше по отношению к другому соседнему крепежному элементу. Таким образом, во внешнем контуре пластинчатые элементы (5с) соединяют соседние крепежные элементы (7) через один, без соединения крепежных элементов, находящихся в соседних отверстиях (4а, 4b), образованных смещением.
Внешние (5с) и внутренние прямые (5а) пластинчатые элементы, предпочтительно, выполнены в виде пакетов, состоящих из 25 элементов, а внутренние обратные пластинчатые элементы (5b) - в виде пакетов из 12 элементов. Таким образом, при выполнении во фланцах шести внешних и шести внутренних отверстий во внешнем контуре выполнено шесть пакетов (торсионов) внешних пластинчатых элементов (5с) по 25 штук, а во внутреннем контуре - три пакета внутренних прямых пластинчатых элементов (5а) по 25 штук и три пакета внутренних обратных пластинчатых элементов (5b) по 12 штук. При этом возможны и другие варианты выполнения набора пластинчатых элементов.
Распределение передаваемой нагрузки между внешним и внутренним контурами пропорционально отношению 19/6, то есть внешний контур передает 76% нагрузки, а внутренний - 24%. Также в муфте предусмотрен режим обратного хода, т.е. передача крутящего момента в обратном направлении, за счет трех обратных внутренних пластинчатых элементов (5b). В режиме обратного хода муфта способна передавать до 10% от передаваемого крутящего момента в режиме прямого хода.
2
За счет выполнения рабочей части пластинчатых элементов с меньшей шириной по сравнению с местами заделки с фланцами муфты обеспечивается работа муфты со значительными перекосами, не передавая при этом существенного изгибающего момента на крепежные элементы и фланцы муфты, т.к. момент сопротивления изгибу пакета пластинчатых элементов меньше момента сопротивления изгибу монолитного торсиона, при тех же размерах, в k раз, где k - количество пластин в пакете.
Для обеспечения большей площади контакта крепежные элементы (7) устанавливаются во фланцах (1, 2) при помощи переходных эксцентриковых втулок (10) (см. фиг. 6). Это позволяет снизить контактные напряжения в сочленении крепежный элемент (7) - фланец (1, 2) без увеличения толщины фланца. Также с помощью переходных эксцентриковых втулок осуществляется регулировка натяжения внешних пластинчатых элементов (5с) относительно внутренних (5а, 5b).
При сборке муфты сначала собирается внутренний контур пластинчатых элементов (5а, 5b). Равномерное распределение нагрузки между отдельными торсионами обеспечивается технологией и точностью изготовления деталей. После того как внутренний контур собран, проводится сборка и регулировка наружного контура пластинчатых элементов (5с). Регулировка осуществляется поворотом эксцентриковых втулок (10) до полного выбора зазоров во всех пластинчатых элементах. Для осуществления данной регулировки не требуется специальной оснастки, т.к. при натяжении внешних пластинчатых элементов включаются в работу внутренние пластинчатые элементы.
Описанная конструкция обеспечивает передачу крутящего момента величиной до 20000 кгс⋅м и величину допустимого угла перекоса соединяемых валов до ±40'.