МУФТА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ
SAFETY CLUTCH

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для передачи вращательного движения с ведущего вала на ведомый с одновременной защитой механизмов от перегрузок, превышающих расчетные.
Известны предохранительные муфты, содержащие внутреннюю и наружную полумуфты и соединяющие их пружинные элементы, вставленные в пазы внутренней полумуфты и контактирующие с боковыми поверхностями пазов наружной полумуфты, а пружинные элементы выполнены в виде дуговых пластин. Аналог - патент №338706, F16D 43/20.
Однако эти муфты недостаточно надежны.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является сцепная муфта, содержащая две фланцевые полумуфты, одна из которых выполнена с гнездами, а другая - с осевыми отверстиями и расположенными в них подпружиненными элементами сцепления со смещенным шагом гнезд. Прототип - патент №1016591 А, F16D 43/20.
Однако эти устройства сложны в изготовлении.
Анализ заявленного технического решения в сопоставлении с прототипом позволяет сформулировать цель предлагаемого изобретения как упрощение конструкции муфты предохранительной.
Поставленная цель достигается тем, что ведущий и ведомый валы соединены цилиндрической муфтой, состоящей из цельного корпуса, на один конец которого насажена призматическая шпонка на прямобочный паз, а на другой конец корпуса насажены несколько упругих подныривающих призматических шпонок на пазы, равномерно распределенные по окружности, расположенные параллельно оси корпуса и имеющие наклонные бока.
Новизна предлагаемого устройства состоит в том, что равномерно распределенные по окружности призматические шпонки выполнены с отверстиями, куда вставлены цилиндрические пружины сжатия, равномерно расположенные. Цельный корпус прикреплен к валу с помощью полуколец болтами, ввинченными на наружную поверхность корпуса.
Существенные отличия от прототипа состоят в том, что подпружиненные элементы сцепления расположены равномерно по цилиндрической поверхности отверстия корпуса муфты параллельно его оси, насажены на гнезда с косыми боками, чем меньше угол скоса гнезда, тем больше требуется крутящего момента для проворачивания одного вала относительно другого. Расположение элементов сцепления параллельно оси муфты уменьшает его радиальный габарит. Элементы сцепления - это призматические шпонки в предлагаемой муфте. Шпонки ведущего и ведомого валов насажены на прямобочные шпоночные пазы, выполненные параллельно осям этих валов.
Сочетание взаиморасположения деталей, значимость назначения, совокупность всех признаков предлагаемого устройства позволяет признать данную заявку изобретением.
На фиг.1 изображена муфта предохранительная в сечении.
На фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1.
На фиг.3 изображено сечение Б-Б на фиг.1.
На фиг.4 изображено сечение С-С на фиг.1.
На фиг.5 изображен вид Д на фиг.1.
На фиг.6 изображена муфта в сечении, вариант 1,
На фиг.7 изображена муфта в сечении вариант 2.
2
1
1
2
1
Предохранительная муфта состоит из корпуса 3, соединяющего ведущий вал 1 с ведомым валом 2 с промежуточным элементом - призматической шпонкой 4 и с помощью подныривающих шпонок 5, сидящих по скользящей посадке на прямобочных пазах 8 валов, в отверстиях 10 шпонок 5 размещены цилиндрические пружины сжатия 6, удобство сборки пружин обеспечивают направляющие 7, расположенные в пазах 8, см. фиг.2. На корпусе 3 выполнены гнезда с кособокими пазами 9, по фазе соответствующие прямобочным пазам 8 на ведомом валу 2, а на фиг.7 - на ведущем валу 1 /вариант 2/. На продолжении отверстия 10 шпонки 5 выполнено отверстие 11 для смазки, корпус 3 соединен с валом 2 полукольцами 12, насаженными на кольцевые проточки 16 валов 1 и 2 /вариант/ и закрепленные болтами 15 с шайбами 14, от отворачивания головки болтов 15 связаны мягкой проволокой 17, продетой в отверстия болтов, имитатор 13 имеет размер Д, равный размеру Д ведущего вала 1. α° - угол наклона боковых поверхностей пазов 9 на корпусе 3, К - глубина шпоночных кособоких пазов 9 в корпусе, К+2 - необходимый зазор в сборе в прямобочных пазах 8 валов 1 и 2. Д - размер диаметра конца ведущего вала, Д - размер диаметра имитатора 13, равный размеру Д, Х - расстояние от конца вала 1 до конца имитатора 13.
Сборка муфты сложностей не представляет.
Муфта работает следующим образом. От двигателя вращается ведущий вал 1, который передает вращающее движение валу 2 с помощью шпонки 4, насаженной на корпус муфты 3, и подныривающих шпонок 5, сидящих по скользящей посадке в прямобочных пазах 8 вала 2, см. фиг.1 и фиг.2. В пазы 8 посажены направляющие 7 для удобства сборки цилиндрических пружин 6, другой конец пружин упирается в уступ отверстия 10 на шпонках 5. На фиг.1 пружины показаны в предварительно поджатом состоянии, что обеспечивает контакт верхней части шпонки 5 с поверхностью шпоночного паза 9 с наклонными боками на корпусе 3. Шпонки 5 с зазором сидят в шпоночных пазах 9, что обеспечивает беспрепятственное начало вращения вала 2. Далее, наклонные бока шпонок 9 корпуса вступают в контакт с призматическими подныривающими шпонками 5, имеющими фаски 1×45°. Прямобочные пазы 8 и кособокие шпоночные пазы 9 равнорасположены по окружности и одинаковы по фазе, поэтому в контакт вступают одновременно все шпонки 5 с кособокими пазами 9 на корпусе 3. Возможны два случая при взаимодействии. Первый, когда податливость всех пружин 6 на шпонках 5 и сила трения в наклонных пазах 9 достаточны, чтобы противодействовать опусканию шпонок 5 в шпоночные пространство К+2 вала 2, см. фиг.2. Опускание шпонок 5 - подныривание - не происходит, и шпонки 5 передают вращательное движение от корпуса 3 к ведомому валу 2. Второй случай, когда податливость всех пружин 6 на шпонках 5 в сумме с силами трения в наклонных пазах 9 недостаточны, чтобы противодействовать движению шпонок 5 в шпоночное пространство К+2 вала 2. Происходит опускание шпонок 5 в свободное шпоночное пространство, и по поверхностям наклонных боков шпоночного паза 9 скользят шпонки 5 по фаске 1×45°. Шпоночное зацепление прекращается, вал 1 с корпусом 3 продолжают вращаться, а вал 2 не вращается. Появляется характерный для трещотки звук, означающий, что на валу произошел перегруз, надо останавливать работу - вращение вала 1. Хотя такой случай появляется не часто, все же предусмотрены отверстия 11 в шпонках 5 для прохождения консистентной смазки типа ЦИАТИМ 202 из предварительно забитой в шпоночное пространство паза 8.
Примеры применения предохранительных муфт.
На фиг.1 показана предохранительная муфта с подныривающими шпонками, применяемая в случае, когда предприятие-изготовитель промышленного оборудования сам изготавливает муфту без согласования с изготовителями двигателя.
На фиг.6 показана предохранительная муфта, применяемая на установленное ранее и действующее промышленное оборудование, когда потребитель изготавливает сам или заказывает муфту у специализированных производителей муфт.
На фиг.7 показана предохранительная муфта, когда предприятие-производитель электродвигателей сам изготавливает муфту, тем самым предохраняет двигатель от механических перегрузок, возникающих на промышленном оборудовании /механизме/ типа смеситель.
пр
к
Подбором оптимальной длины шпонки 5, числа этих шпонок, угла наклона α° боковых граней шпоночных пазов 9 добиваемся величины допустимого усилия сжатия пружины Р, затем подбираем диаметр пружинки и количество пружинок, удовлетворяющих защиту по крутящему моменту М.
пр
к
Р=2М·tgα°/Д - формула для потребной силы сжатия пружин, где Д - средняя величина диаметра шпоночного паза на корпусе муфты
при К=1÷3 /мм/, н - число пружинок,
пр1
пр
для отдельной пружинки Р=Р/н,
пр
к
Р=2·М·tgα°/Д - потребная сила сжатия пружин, кг·с. /суммарная/
см. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, том 2,
Москва, Машиностроение, 1978 г., стр.228.
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Экономическая эффективность от применения предлагаемой предохранительной муфты складывается из следующих составляющих:
1/ на изготовление таких муфт требуется меньше металла, так как она компактна, проще конструктивно, технологична в изготовлении,
2/ она долговечна при эксплуатации, например, цилиндрические пружины выдерживают миллионы циклов нагружения, шпонки самосмазывающиеся,
3/ по назначению она предохраняет промышленное оборудование от поломок при перегрузках, превышающих расчетные.
Литература
1 Аналог - патент России №338706, F16D 43/20.
2 Прототип - патент №1016591 АF16D 43/20.
3 Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, том 2, Москва, Машиностроение, 1978 г., стр.228.