ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МУФТА
SAFETY CLUTCH

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам, предназначенным для ограничения величины передаваемого электроприводом крутящего момента.
Из уровня техники известна предохранительная компенсирующая муфта по патенту на изобретение RU 2622675 С2 (патентообладатель - ФГБОУ ВПО "Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия", МПК: F16D 47/00, F16D 43/20, F16D 7/06, F16D 3/64, опубл. 19.06.2017), содержащая две полумуфты, крепящиеся к ведущей и ведомой осям. Компенсирующим элементом является пружина, корпус которой выполнен в виде полой цилиндрической обечайки, а в ее теле расположены ряды сквозных пазов прямоугольной формы, углы которых скруглены, а длинные стороны расположены параллельно плоскости основания корпуса. Ведомая полумуфта крепится к пружине посредством фланцевого соединения с помощью винтов, а ведущая - через подшипник и вал обжимной втулки. Между торцом компенсирующего элемента и ведущей полумуфтой установлены шарики, находящиеся в сферических гнездах, образованных в торце ведущей полумуфты и фланце компенсирующего элемента. Шарики расположены по окружности на равном расстоянии друг от друга. Глубины сферических гнезд в торце ведущей полумуфты превышают радиус шарика.
Известна также шариковая предохранительная муфта по авторскому свидетельству на изобретение SU 1303768 А1 (правообладатель - Хрисанов М.И., Нагорняк С.Г., Полищук В.А., МПК: F16D 43/20, F16D 7/06, опубл. 15.04.1987). Муфта содержит ведущую полумуфту и ведомую полумуфту, выполненную в виде обоймы с шариками, подпружиненными в направлении к ведущей полумуфте. Ведущая полумуфта выполнена в виде установленной на ведущем валу с возможностью осевого перемещения центральной шестерни, находящейся в постоянном кинематическом зацеплении с сателлитами, оси которых жестко соединены с нажимным диском, имеющем на своем торце со стороны обоймы равномерно расположенные по окружности гнезда для шариков. Нажимной диск установлен с возможностью вращения относительно обоймы, периферийная часть которой охватывается подвижной в осевом направлении гильзой с зубьями на внутренней стороне, предназначенными для взаимодействия с зубьями сателлитов.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является предохранительная шариковая муфта по авторскому свидетельству на изобретение SU 821804 А1 (правообладатель - Предприятие п/я А-7495, МПК: F16D 7/06, опубл. 15.04.1981), содержащая две полумуфты: ведущую с поворотными втулками, имеющими углубления, и ведомую, в отверстия которой установлены тела качения, поджатые регулируемыми пружинами и помещенные в углублениях, ось которых наклонена под углом к оси поворотных втулок. Углубления в поворотных втулках выполнены коническими, а регулируемые пружины установлены в отверстиях ведомой полумуфты.
Общим недостатком известных устройств является их низкая надежность, обусловленная возможностью преждевременного срабатывания.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является предотвращение преждевременного срабатывания предохранительной муфты, повышение точности ее срабатывания и уменьшение времени восстановления ее работоспособности после срабатывания.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности муфты за счет предотвращения преждевременного срабатывания и уменьшения времени восстановления ее работоспособности после срабатывания.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что предохранительная муфта содержит бугельный узел, состоящий из размещенных в корпусе ходовой втулки, на которой посредством опорных подшипников установлены верхняя и нижняя опоры, установленную в ответной части бугельного узла коронку, имеющую кольцевой паз с выполненными в нем по окружности сквозными отверстиями, в которых размещены подпружиненные шарики, прижатые крышкой, при этом ответная часть бугельного узла имеет выполненные в ней полусферические углубления для фиксации в них подпружиненных шариков, причем полусферические углубления выполнены с глубиной, меньшей значения радиуса подпружиненных шариков, а коронка выполнена с возможностью регулирования глубины установки крышки, определяющей значение сжатия пружин шариков в зависимости от предварительно заданной величины крутящего момента срабатывания предохранительной муфты.
Дополнительно, в частном случае осуществления изобретения, крышка выполнена в виде резьбового кольца, а на внутренней поверхности кольцевого паза коронки выполнена ответная резьба.
Дополнительно, крышка может быть установлена в коронке на регулируемой глубине с фиксацией.
Дополнительно, фиксация крышки в коронке может быть выполнена посредством винтового соединения.
Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид предохранительной муфты в разрезе, на фиг. 2 - схема размещения шариков, на фиг. 3 - нагрузки, действующие на шарик в процессе работы бугельного узла.
На чертежах использованы следующие обозначения:
1 - корпус бугельного узла;
2 - ходовая втулка;
3 - опорный подшипник;
4 - верхняя опора;
5 - нижняя опора;
6 - коронка;
7 - кольцевой паз коронки;
8 - сквозные отверстия;
9 - шарики;
10 - пружины;
11 - крышка;
12 - полусферические углубления.
Предохранительная муфта (фиг. 1) содержит бугельный узел, который имеет корпус 1, в котором установлена ходовая втулка 2, на которой посредством опорных подшипников 3 установлены верхняя 4 и нижняя 5 опоры.
В ответной части бугельного узла, представляющей собой верхние торцы ходовой втулки 2 и верхней опоры 4, установлена коронка 6 (фиг. 2). Коронка 6 имеет кольцевой паз 7, в котором по окружности на равном удалении друг от друга выполнены сквозные отверстия 8. В сквозных отверстиях 8 кольцевого паза 7 коронки 6 установлены шарики 9 с пружинами 10, прижатые крышкой 11. Отверстия 8 кольцевого паза 7 коронки 6 сделаны таким образом, чтобы шарики 9 не выпадали из них при демонтаже коронки 6 из бугельного узла. Для надежной фиксации подпружиненных шариков 9 ответная часть бугельного узла имеет выполненные на верхнем торце ходовой втулки 5 глухие полусферические углубления 12. В указанные полусферические углубления 12 шарики 9 попадают при вращении бугельного узла. Выполнение углублений 12 на верхнем торце ходовой втулки 2 в форме полусфер с глубиной, меньшей значения радиуса подпружиненных шариков 9, обеспечивает, с одной стороны, более плотный контакт шариков 9 с поверхностью полусферического углубления 12, что снижает риск преждевременного срабатывания предохранительной муфты, и, с другой стороны, способствует облегчению выскальзывания шарика 9 из полусферического углубления 12 при величине крутящего момента, превышающей заданное нормативное значение, что в совокупности обеспечивает повышение надежности муфты.
Коронка 6 выполнена с возможностью регулирования глубины установки крышки 11, определяющей значение сжатия пружин 10 шариков 9, в зависимости от предварительно заданной величины крутящего момента запорной арматуры, при которой происходит срабатывание предохранительной муфты. В преимущественном варианте реализации изобретения крышка 11 выполнена в виде резьбового кольца, а на внутренней поверхности кольцевого паза коронки выполнена ответная резьба. В зависимости от глубины вкручивания крышки 11 может быть реализована регулировка натяга пружин 10 и скорректирован момент срабатывания предохранительной муфты.
Настройка предохранительной муфты на определенную величину крутящего момента ее срабатывания возможна путем установки пружин 10 и регулировки их сжатия завинчиванием крышки 11. Настройка может проводится на специальных стендах в условиях действующего производства. После настройки на определенную величину крутящего момента посредством установки крышки 11 в коронке 6 на регулируемой глубине может быть выполнена фиксация крышки 11 в коронке 6, при которой крышка 11 застопоривается посредством винтового соединения.
Заявленная предохранительная муфта работает следующим образом.
При работе бугельного узла на шарик 9 действуют две нагрузки (фиг. 3) - от коронки 6 действует сила F1, характеризующая передачу вращения от электропривода, и сила давления пружины F2. За счет использования полусферических углублений 12, поверхность которых плотно соприкасается с поверхностью шарика 9, и действия силы давления пружины F2, шарик 9 надежно зафиксирован в углублении 12.
При превышении крутящего момента над нормативным значением шарик 9 будет давить на пружину 10, пружина 10 сожмется, и шарик 9 выйдет из зацепления и выскользнет из полусферического углубления 12. За счет того, что полусферическое углубление 12 перекрывает шарик 9 менее чем на 50%, поскольку глубина углубления 12 меньше радиуса шарика 9, для шарика 9 обеспечивается возможность выскальзывания из сквозного отверстия 8. В этот момент предохранительная муфта проскользнет. Далее шарик 9 попадет в следующее полусферическое углубление 12. При большом значении действующего крутящего момента процесс многократно повторится.
После того, как причина превышения крутящего момента будет устранена (например, будет устранено заклинивание рабочего органа шиберной задвижки), шарики 9 попадут в полусферические углубления 12 и заданная величина сжатия пружин 10 не даст выйти шарикам 9 из зацепления с полусферическим углублением 12. Таким образом, при устранении причины превышения крутящего момента муфта будет работать в штатном режиме, и введение запорной арматуры (шиберной задвижки) в эксплуатацию будет возможно сразу после устранения причины превышения крутящего момента.
Пример
Для обеспечения оптимального функционирования бугельного узла в зависимости от необходимого порога срабатывания по курящему моменту можно воспользоваться следующими расчетами для определения необходимых параметров пружин шариков.
Суммарная сила пружин в бугельном узле:
пр
Р=P⋅[tg(β+ϕ+χ)],
где P - окружная сила;
β - угол конуса полусферического углубления шарика;
ϕ - угол трения шарика и полусферических углублений;
χ - угол трения шарика и коронки.
При этом окружная сила определяется по следующей формуле:
max
0
P=2⋅M/D,
max
где M - момент предохранения, Н*м;
0
D - диаметр центров шариков и пружин, м.
Если принять соотношение глубины полусферического углубления (h) равной половине радиуса шарика (R) (фиг. 4), то угол конуса полусферического углубления шарика β (на чертеже не показан) примет значение 45°, угол трения шарика и полусферических углублений φ (на чертеже не показан) - примерно 8,5°, угол трения шарика и коронки χ (на чертеже не показан) - 6°.
0
При диаметре центров пружин равном D=0,3 м, и количестве используемых в бугельном узле пружин - 10 шт., для работы муфты для предохранения от крутящего момента в 4000 Н*м подойдут пружины серии 1086-0829 ГОСТ 18793-80, диаметром 25 мм и длиной 47,3 мм. Для предохранения от крутящего момента в 10000 Н*м подойдут пружины серии 1086-0876 ГОСТ 18793-80 диаметром 28 мм и длиной 43 мм.
На основе аналогичных расчетов можно определить требуемые параметры пружин при иных соотношениях величин глубины полусферического углубления и радиуса шарика в соответствии с заявленным изобретением таким образом, чтобы в целом конструкция имела приемлемые размеры для бугельного узла.