УПРУГИЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЭЛЕМЕНТ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ
RESILIENT ANNULAR MEMBER OF COUPLING BOXES OF ROTATING SHAFTS

Настоящее изобретение относится к машиностроению, в частности к упругим кольцевым элементам муфт для соединения вращающихся валов двигателей и рабочих машин.
Известен упругий кольцевой элемент, используемый в соединительной муфте, содержащей две полумуфты, два пакета указанных упругих кольцевых элементов с отверстиями под элементы крепления пакетов к полумуфтам, элементы крепления и промежуточную втулку, прикрепленную к пакетам упругих кольцевых элементов. [ГОСТ 26 455-85. Справочник по муфтам. Под ред. В.С.Полякова. Л.: Машиностроение, 1979, с.33].
Недостатком такой конструкции является повышенная жесткость упругих элементов, ограниченные компенсирующие свойства и завышенные массогабаритные параметры муфт, в которых они используются, обусловленные тем, что не все участки упругих элементов в равной степени нагружены в процессе работы.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является упругий кольцевой элемент, конструкция которого отличается от упомянутой выше, в частности, обеспечением возможности перехода на полосовой элемент соединительной муфты без изменения ее характеристик, а также созданием предпосылок для снижения массы муфты, за счет вырезов в виде вогнутой дуги на наружном диаметре элемента [Патент UA №49964, F16D 3/78, F16C 33/04, опубликовано: 15.10.2002 г. Бюл. №10, 2002 г.].
Однако конструкция прототипа не обеспечивает равномерного распределения напряжений в упругом элементе из-за необходимости создания условий для перехода на полосовой элемент, в соответствии с которыми предполагалось соблюдение симметрии упругого элемента относительно отрезка, соединяющего два смежных отверстия, и равенство радиуса вырезов в виде вогнутых дуг внутреннему радиусу упругого элемента. Такая форма упругого элемента не всегда оптимальна с точки зрения величины и характера распределения напряжений, возникающих в нем при работе муфты, следствием чего является неоптимальная (повышенная) жесткость и масса муфты и ухудшение ее компенсирующих свойств.
В основу изобретения поставлена задача создания конструкции такого упругого кольцевого элемента, которая позволила бы повысить компенсирующие свойства, снизить жесткость и уменьшить массогабаритные параметры муфты, при сохранении ее нагрузочной способности за счет оптимизации формы упругого элемента, обеспечивающей наиболее равномерное распределение напряжений от внешних силовых факторов в упругом элементе и, в конечном счете, повысить надежность работы муфты и соединяемого оборудования.
Поставленная задача решается тем, что в упругом кольцевом элементе соединительных муфт вращающихся валов с отверстиями и вырезами в виде вогнутой дуги на наружных диаметрах, согласно изобретению, соотношение наружного диаметра упругого элемента и диаметров расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению:
n
r
d/d=1,15-1,35,
n
где d - наружный диаметр упругого элемента;
r
d - диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе, при этом отношение диаметра расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению:
z
r
d/d=1,0-2,0,
z
где d - диаметр расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги,
z
n
при d=d-2δ,
где δ - глубина выреза в виде вогнутой дуги относительно наружного диаметра упругого элемента.
Каждый вырез может быть выполнен в виде дуги, которая в точках, расположенных симметрично относительно средней линии между двумя соседними отверстиями, касается двух условных окружностей, в свою очередь, касающихся наружного диаметра упругого элемента, причем, центры этих условных окружностей совпадают с центрами соседних отверстий в упругом элементе, при этом, линии вырезов в виде вогнутой дуги могут плавно переходить в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра.
В чередующихся вырезах на участках упругого элемента, работающих на сжатие, могут быть выполнены дополнительные соосные вырезы в виде вогнутой дуги, с соотношением диаметра расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и диаметра расположения центров отверстий в упругом элементе, соответствующим выражению:
1
r
d/d=0,8-1,0,
r
где d - диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе;
1
d - диаметр расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги;
при этом соотношение радиуса дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и радиуса базового выреза в виде вогнутой дуги соответствует выражению:
paz
r/r=0,5-0,7,
где r - радиус дополнительного выреза в виде вогнутой дуги;
paz
r - радиус базового выреза в виде вогнутой дуги.
Новыми существенными признаками, отличающими настоящее техническое решение от прототипа и аналогов из уровня техники, являются предложенные конфигурации упругих элементов и соотношения геометрических размеров вырезов в виде вогнутых дуг и соответствующих параметров кольцевого упругого элемента:
n
r
n
r
- соотношение наружного диаметра упругого элемента и диаметров расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению d/d=1,15-35, где d - наружный диаметр упругого элемента, d - диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе;
z
r
z
z
n
- отношение диаметра расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует выражению d/d=1,0-2,0, где d - диаметр расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги, при d=d-2δ, где δ - глубина выреза в виде вогнутой дуги относительно наружного диаметра упругого элемента; оба соотношения получены в результате оптимизационных расчетов, в которых оба параметра (наружный диаметр упругого элемента и глубина выреза) рассматривались одновременно, и невыполнение указанных соотношений приведет к снижению прочностных и компенсирующих свойств муфты, повышению ее жесткости и массы;
- каждый вырез может быть выполнен в виде дуги, которая в точках, расположенных симметрично относительно средней линии между двумя соседними отверстиями, касается двух условных окружностей, в свою очередь, касающихся наружного диаметра упругого элемента, причем центры этих условных окружностей совпадают с центрами соседних отверстий в упругом элементе; кроме того, линии вырезов в виде вогнутой дуги могут плавно переходить в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра; такая конфигурация обеспечивает решение поставленной задачи за счет алгоритма геометрического построения, при котором достигается соответствие геометрических параметров упругого элемента приведенным выше соотношениям, причем плавный переход линий вырезов в виде вогнутой дуги в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра, особо целесообразен для высокооборотных муфт, т.к. позволяет уменьшить вентиляционные потери мощности в муфте, за счет чего повысить ее кпд и долговечность;
- в чередующихся вырезах на участках упругого элемента, работающих на сжатие, могут быть выполнены дополнительные соосные вырезы в виде вогнутой дуги, которые, в частности, также целесообразны в высокооборотных муфтах (при частоте вращения n≥10000 об/мин), где они позволяют усилить эффект, получаемый с помощью приведенных выше соотношений для базовых вырезов, то есть еще в большей степени уменьшить массу муфты, повысить ее компенсирующие свойства и снизить жесткость;
1
r
r
1
- соотношение диаметра расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и диаметра расположения центров отверстий в упругом элементе соответствует d/d=0,8-1,0, где d - диаметр расположения центров отверстий в упругом элементе, d - диаметр расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги;
paz
paz
- соотношение радиуса дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и радиуса базового выреза в виде вогнутой дуги соответствует выражению r/r=0,5-0,7, где r - радиус дополнительного выреза в виде вогнутой дуги, r - радиус базового выреза в виде вогнутой дуги. Так же, как и для базовых вырезов, оба соотношения получены в результате оптимизационных расчетов, в которых оба параметра (радиус и глубина дополнительного выреза) рассматривались одновременно. Невыполнение указанных соотношений приведет в первую очередь к снижению прочностных характеристик муфты и возникновению угрозы ее преждевременного выхода из строя, а также к неполучению желаемого эффекта - повышения компенсирующих свойств муфты и снижения ее жесткости.
Таким образом, раскрытые существенные признаки, отличающие заявленное техническое решение от аналогов и прототипа из уровня техники, являются новыми и соответствующими критерию изобретательского уровня, ввиду неочевидности специалисту средней квалификации. При этом они необходимы и достаточны для достижения положительного эффекта, то есть поставленной технической задачи.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на Фиг.1 показан продольный разрез примера конкретного выполнения муфты с двумя пакетами упругих кольцевых элементов, соответствующих заявляемому изобретению;
на Фиг.2 - упругий кольцевой элемент, выполненный в соответствии с изобретением;
на Фиг.3 - пример выполнения упругого кольцевого элемента на Фиг.2 в соответствии с п.2 формулы изобретения;
на Фиг.4 - пример выполнения упругого кольцевого элемента на Фиг.3 в соответствии с п.3 формулы изобретения;
на Фиг.5 - пример выполнения упругого кольцевого элемента в соответствии с п.4 формулы изобретения.
n
r
z
r
1
r
paz
Муфта (Фиг.1) состоит из двух полумуфт 1, установленных и закрепленных неподвижно на концах соединяемых валов, двух пакетов упругих кольцевых элементов 2, прикрепленных к полумуфтам 1, и промежуточной втулки 3, фланцы которой прикреплены к пакетам упругих кольцевых элементов 2. Муфта снабжена промежуточным кольцом 4. На наружном диаметре кольцевого элемента (Фиг.2) выполнены вогнутые дуги. В конкретном примере выполнения соотношение наружного диаметра d упругого элемента и диаметров d расположения центров отверстий в упругом элементе равно 1,2, а отношение диаметра d расположения нижних точек вырезов в виде вогнутой дуги к диаметру d расположения центров отверстий в упругом элементе равно 1,03. Каждый вырез (Фиг.3) при соблюдении указанных выше соотношений параметров может быть выполнен в виде дуги, которая в точках, расположенных симметрично относительно средней линии между двумя соседними отверстиями, касается двух условных окружностей, в свою очередь, касающихся наружного диаметра упругого элемента, причем центры этих условных окружностей совпадают с центрами соседних отверстий в упругом элементе. Кроме того, при тех же параметрах, Фиг.4, линии вырезов в виде вогнутой дуги могут плавно переходить в дуги окружностей, касающихся наружного диаметра. Кроме того, в чередующихся вырезах упругого элемента (Фиг.5) при соблюдении указанных выше условий на участках упругого элемента, работающих на сжатие, могут быть выполнены дополнительные соосные вырезы в виде вогнутой дуги с соотношением в конкретном примере выполнения диаметра d расположения нижних точек дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и диаметра d расположения центров отверстий в упругом элементе, равным 0,95, при этом соотношение радиуса r дополнительного выреза в виде вогнутой дуги и радиуса r базового выреза в виде вогнутой дуги может быть равно 0,5.
Муфта с заявляемыми упругими кольцевыми элементами работает следующим образом. При вращении одного из валов крутящий момент передается на полумуфту 1, закрепленную на его конце, и далее на прикрепленное к фланцу этой полумуфты промежуточное кольцо 4, затем на пакет упругих элементов 2 и на прикрепленную к этому пакету промежуточную втулку 3. С помощью болтового соединения крутящий момент передается посредством второго пакета упругих элементов 2 на второе промежуточное кольцо 4, вторую полумуфту 1 и далее - на ведомый вал, сообщая ему обороты с преодолением рабочего момента сопротивления.