Композитная виброизолирующая соединительная муфта с повышенным коэффициентом механических потерь
COMPOSITE VIBRATION-ISOLATING COUPLING WITH AN INCREASED COEFFICIENT OF MECHANICAL LOSSES

Изобретение относится к области податливых невыключаемых муфт со средствами, допускающими возможность перемещения соединяемых деталей во время работы.
Из уровня техники известны устройства [(1) ЕР 0739458 В1, 25.03.1998; (2) -SU 1746082 А1, 07.07.1992; (3) - US 2693222 А, 02.11.1954; (4) United States Patent, No 6095924, F16D 3/72, Jan. 23, 1998], обеспечивающие возможность такого перемещения; в частности, известна соединительная муфта (4) из полимерных композиционных материалов, которая сформирована из двух мембран, допускающая взаимные перемещения соединяемых деталей. При работе в резонансных режимах вынужденных крутильных колебаний эти известные устройства недостаточно надежны.
Известно устройство [(5) Патент РФ №2530929 С2 от 20.08.2014 г., F16D 3/04(2006.01)] сборной композитной виброизолирующей соединительной муфты из полимерных композиционных материалов, сформированная из двух трехслойных кольцевых мембран, состоящих их жестких наружных слоев и среднего слоя из мягкого вибропоглощающего полимерного материала, которые крепятся к промежуточному валу. Известное устройство, которое допускает взаимные перемещения соединяемых деталей, и которое является наиболее близким к заявляемому изобретению по решаемой технической задаче, принято в качестве прототипа.
T,max
Недостатком известного устройства, обеспечивающего компенсацию расцентровок соединяемых валов и снижение реакций подшипников в условиях стационарной передачи крутящего момента, является невысокая эффективность при снижении резонансных амплитуд крутильных колебаний валопроводов, обусловленных нестационарностью передачи крутящего момента, поскольку не позволяет эффективно обеспечить ее надежность в резонансных режимах вынужденных крутильных колебаний, так как максимальное значение коэффициента механических потерь такой конструкции η не превышает величину 0,07-0,08.
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности композитной виброизолирующей соединительной муфты с повышенным коэффициентом механических потерь за счет большего снижения резонансных амплитуд крутильных колебаний валопровода при одновременном сохранении прочности и деформативности.
Решение указанной технической задачи достигается тем, что в состав конструкции композитной виброизолирующей муфты с повышенным коэффициентом механических потерь, имеющей трехслойные мембраны, крепящиеся к промежуточному валу посредством болтового соединения, по изобретению введен слой жесткого вибропоглощающего полимерного материала, расположенный на наружной поверхности промежуточного вала, толщиной, составляющей не менее 2,0÷2,5 толщины стенки несущего слоя промежуточного вала, изготовленного из конструкционного полимерного композиционного материала.
При этом, в качестве конструкционного полимерного композиционного материала жестких наружных слоев мембран и промежуточного вала используются стеклопластик, углепластик, органопластик или аналогичные им материалы. В качестве мягкого вибропоглощающего полимерного материала используется композиция типа ВПС-2,5 или аналогичные ей составы.
Кроме того, в качестве жесткого вибропоглощающего полимерного материала используется одна из композиций типа «Випоком-1», «Випоком-2», «Адем», «Антивибрит» или аналогичные им составы.
Введение дополнительного слоя жесткого вибропоглощающего полимерного материала, расположенного на наружной поверхности промежуточного вала, обеспечивает повышение диссипативных характеристик (вибропоглощающих свойств) виброизолирующей соединительной муфты с повышенным коэффициентом механических потерь при крутильных колебаниях в полтора - два раза.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на Фиг. 1 показана конструкция композитной виброизолирующей соединительной муфты с повышенным коэффициентом механических потерь, на Фиг. 2 показано сечение мембраны в зоне присоединения композитной виброизолирующей соединительной муфты с повышенным коэффициентом механических потерь к контрфланцу ведущего или ведомого вала. На Фиг. 3 показано сечение мембраны в зоне ее крепления к промежуточному валу.
Композитная виброизолирующая соединительная муфта с повышенным коэффициентом механических потерь имеет мембраны 1, которые крепятся к промежуточному валу 2 посредством болтового соединения (на рисунке не показано), на наружной поверхности которого расположен слой жесткого вибропоглощающего полимерного материала 6, толщиной, составляющей не менее 2,0÷2,5 толщины несущего слоя промежуточного вала (Фиг. 3). Мембраны представляют собой трехслойные кольцевые пластины, состоящие из жестких наружных слоев - несущего внешнего 3 и прикрывающего внутреннего 4, соединенных между собой слоем мягкого вибропоглощающего полимерного материала 5 (Фиг. 2) толщиной, составляющей не более 0,1 толщины жестких наружных слоев мембран, для обеспечения возможности реализации взаимных линейных и угловых перемещений жестких наружных слоев. Кольцевая пластина мембраны прикрывающего внутреннего слоя имеет внутренний диаметр, превышающий внутренний диаметр кольцевой пластины несущего внешнего слоя.
Предлагаемая композитная виброизолирующая соединительная муфта с повышенным коэффициентом механических потерь используется следующим образом.
Одновременно с передачей крутящего момента от ведущего вала к ведомому мембраны, соединенные с промежуточным валом посредством болтового соединения, обеспечивают компенсацию осевых, угловых и сдвиговых смещений соединяемых валов друг относительно друга, а также крепление композитной виброизолирующей соединительной муфты с повышенным коэффициентом механических потерь к контрфланцам ведущего и ведомого валов. В слое жесткого вибропоглощающего полимерного материала, расположенного на наружной поверхности промежуточного вала, происходит дополнительное рассеяние (диссипация) потенциальной энергии деформации, накапливаемой при крутильных колебаниях композитной виброизолирующей соединительной муфты с повышенным коэффициентом механических потерь до величины коэффициента механических потерь  Указанное рассеяние энергии деформации приводит к снижению резонансных амплитуд крутильных колебаний муфты в полтора - два раза и, следовательно, к повышению ее надежности в резонансных режимах вынужденных колебаний.
Эффективность введения слоя жесткого вибропоглощающего полимерного материала на наружной поверхности промежуточного вала подтверждается расчетной оценкой величины коэффициента механических потерь при крутильных колебаниях виброизолирующей соединительной муфты с повышенным коэффициентом механических потерь, выполненной на основе экспериментальной обобщенной кривой абсолютного значения комплексного модуля упругости композиции «Випоком-1» (Фиг. 4). На Фиг. 4 приведена частотная зависимость коэффициента механических потерь крутильных колебаний композитной виброизолирующей муфты с повышенным коэффициентом механических потерь для температуры окружающей среды Τ=20°С. Цифрами обозначена толщина слоя жесткого вибропоглощающего материала, составляющая: 1-1,5 толщины несущего слоя промежуточного вала, 2-2.0 толщины несущего слоя промежуточного вала, 3-2,5 толщины несущего слоя промежуточного вала, 4-3,0 толщины несущего слоя промежуточного вала.
Практическая реализация заявляемого технического решения промышленной сложности не представляет, что позволяет сделать вывод о соответствии этого решения условию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемое устройство обеспечивает повышение вибропоглощающих свойств, приводящее к снижению резонансных амплитуд крутильных колебаний композитной виброизолирующей соединительной муфты и, следовательно, к повышению ее надежности, что выгодно отличает ее от прототипа.
Список использованной информации
1. Патент ЕР №0739458 В1, 25.03.1998.
2. SU №1746082 А1, 07.07.1992.
3. US №2693222 А, 02.11.1954.
4. United States Patent, No 6 095 924, F16D 3/72, Jan. 23, 1998.
5. Патент РФ №2530929 C2 от 20.08.2014, МПК: F16D 3/04 (прототип).