УПРУГАЯ МУФТА
ELASTIC COUPLING

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для передачи крутящего момента от одного вала к другому (без изменения его величины и направления), а также компенсации несоосности валов (продольного смещения; радиального смещения или эксцентриситета; углового смещения или перекоса), изменения жесткости системы в целях устранения резонансных колебаний при периодически изменяющейся нагрузке и снижения ударных перегрузок.
Известна «Муфта диафрагменная», позволяющая компенсировать радиальные, осевые и угловые смещения соединяемых валов, состоящая из двух упругих диафрагм, двух фланцев для закрепления соединяемых валов, шайб крепления фланцев, обечайки, колец крепления обечайки и крепежных элементов (1).
Недостатком данной конструкции является использование в качестве материала упругих элементов (мембран) резины, которая под внешним воздействием и нагреванием при переменных деформациях подвергается структурным изменениям, ведущим к потере прочности и упругих свойств. Также для резины опасна низкая температура, снижающая ее эластичность, действие солнечного излучения и попадание горюче-смазочных материалов, которые ведут к ее разрушению. Данная муфта имеет низкую пожаростойкость.
Известна упругая муфта, содержащая сооснорасположенные ведущую и чашеобразную ведомую полумуфты, соединенные посредством упругого элемента, отличающаяся тем, что упругий элемент выполнен в виде троса, поочередно огибающего свободно вращающиеся на пальцах, установленных на полумуфтах параллельно их осям, катушки, имеющие профильные канавки, в которых размещается трос (2).
Недостатками муфты является сложность конструкций из-за большого числа отдельных деталей и как следствие увеличенные массогабаритные характеристики и снижение надежности.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является упругая муфта, включающая в себя две полумуфты, упругие элементы и ограничительные крышки. На наружных поверхностях полумуфт выполнено одинаковое количество пазов и отверстий, равномерно расположенных по окружности, в которые вставлены П-образные упругие элементы (3).
Недостатками муфты являются низкие показатели компенсации продольного смещения валов (которое может быть вызвано температурным удлинением валов) и демпфирования участками упругих П-образных элементов в отверстиях полумуфт по причине небольшого количества мест контакта (в пределе, равному количеству отверстий под упругие элементы в обоих полумуфтах). А также повышенная материалоемкость, обусловленная наличием ограничительных крышек с крепежными изделиями для предотвращения самопроизвольного выпадания упругих элементов под действием центробежных сил.
Муфты (2) и (3) из-за наличия пар трения чувствительны к абразивному износу, вызываемому частицами пыли, попадающей в зоны трения при эксплуатации.
Задачей изобретения является создание муфты, которая была бы проста в устройстве, позволяла компенсировать все виды несоосности валов, была стойкой к внешним воздействиям и имела малые массогабаритные характеристики.
Указанная задача достигается тем, что упругий элемент выполнен из гибкого стального троса, навитого по спирали, образующей торообразную форму, и двух полумуфт (одна для ведущего, а вторая для ведомого валов), связанных упругим элементом.
Предлагаемая упругая муфта представлена на фиг.1 и состоит из упругого элемента 1, выполненного из гибкого стального троса, навитого по спирали, образующей торообразную форму (фиг.2), и двух одинаковых полумуфт 2 и 3, образованных ступицами 4 и дисками 5, со средствами размещения и крепления витков троса. Каждый виток троса закреплен в двух диаметрально-противоположных точках, расположенных на разных полумуфтах на диаметре, равном диаметру центров витков спирали, образующей торообразную форму (фиг.2). Средствами крепления витков троса упругого элемента 1 могут служить, например, отверстия в дисках 5, в которых протянутые и размещенные витки троса зажимают спрессовыванием, или разъемные прижимные шайбы с полукруглыми пазами, между которыми проходит виток троса и зажимается винтом или другими прижимными элементами в виде, например, П-образных пластин и т.д.
Упругая муфта работает следующим образом: крутящий момент от ведущего вала передается на полумуфту 2, закрепленную на нем. Под действием крутящего момента полумуфта 2 проворачивается относительно полумуфты 3, а закрепленные на ней части витков получают перемещения, при этом витки троса 1 начинают деформироваться и усилия деформации витков спирали троса 1 передаются на полумуфту 3 с ведомым валом, на котором она закреплена. Как только силы деформации витков спирали троса 1 превысят силы сопротивления ведомого вала последний начнет вращаться в ту же сторону. При установившемся режиме крутящий момент снизится, при этом произойдет уменьшение деформации витков спирали троса 1. При динамических нагрузках и вибрациях, идущих от звеньев, соединяемых с валами, данная муфта способствует снижению динамических нагрузок и затуханию колебаний, значительно снижая передачи возмущающих усилий посредством необратимого поглощения части колебательной энергии, переходящей в тепловую за счет трения между стальными жилами троса при его деформациях.
Компенсация продольного, радиального и углового смещений валов достигается благодаря податливости во всех направлениях витков спирали упругого элемента 1 из гибкого троса.
Из-за отсутствия неметаллических материалов (резины) тросовая муфта обладает повышенной стойкостью к внешним воздействиям, в том числе к температуре (морозоустойчивость, пожаростойкость), солнечному излучению, горюче-смазочным материалам, морской воде, отсутствие пар трения делает ее нечувствительной к абразивным частицам, содержащимся в пыли. В сочетании с минимальным количеством деталей, образующих муфту, все это повышает ее эксплуатационную надежность (увеличенный срок службы, неограниченный срок хранения). Конструкция данной муфты очевидно обладает малой материалоемкостью и габаритами, т.к. в ней отсутствуют дополнительные ограничительные элементы для удержания упругого элемента.
Источники информации
1. Патент на полезную модель №71391, кл. F16D 3/74, 2007.
2. Свидетельство на полезную модель №3153, кл. F16D 3/52, 1993.
3. Патент на изобретение №2409774, кл. F16D 3/50, 2009.