Зубчатая муфта

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для использования в приводах для обеспечения тяги электропоездов на железных дорогах и в метрополитене, в ветросиловых установках, в приводах прокатных станов. Такие зубчатые муфты применяются для соединения соосных горизонтальных валов и передачи крутящего момента при угловых, радиальных и осевых смещениях валов.
Известна зубчатая муфта, состоящая из двух соединенных между собой, идентично выполненных и зеркально расположенных полумуфт, каждая из которых включает корпус и ступицу, расположенные соосно, причем ступица расположена внутри корпуса и имеет наружный зубчатый венец, а корпус снабжен внутренним зубчатым венцом, который вместе с зубчатым венцом ступицы образует скользящее в осевом направлении зубчатое зацепление, защищенное от внешней среды уплотнительным упругим элементом; на корпусах со стороны их соединения друг с другом выполнены фланцы, между которыми установлен демпфер, содержащий два соединенных между собой металлических элемента, между которыми размещен упругий элемент (RU, патент №2625477, F16D 3/18, F16D 3/68, 2016 г.).
Между корпусом муфты и внутренней опорной кольцевой крышкой находится упругий уплотнительный элемент для защиты от пыли и фиксации осевого положения; уплотнительный элемент может быть выполнен в форме сильфона из нержавеющей стали или эластомера (резины, полиуретана).
Применением упругого элемента между полумуфтами достигается электрическая изоляция валов и снижение вибрации. В зависимости от конструкции зубчатой муфты и типа размещения упругого элемента он может иметь форму диска, кольца, цилиндра или клина.
Недостатком формы диска равной толщины является неравномерность напряженности материала диска: более напряжены участки на большем радиусе, поскольку там - большие перемещения. Заявитель, говоря об электрической изоляции валов, тем не менее, для предельных нагрузок использует элементы предотвращения пробоя (металлические ограничители перемещения). Винты, соединяющие фланцы полумуфт с металлической частью упругого элемента, имеют недостаточную длину резьбовой заделки (менее диаметра) и при практическом использовании теряют свои крепящие свойства.
Недостатком формы клина является сложность изготовления, сборки и использования для модернизации применяемых муфт.
Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении надежности и долговечности муфты за счет снижения ударных нагрузок при неравномерном вращении муфты, надежную компенсацию возникающих смещений, регулируемое снижение жесткости муфты, гашение вибрации и электрическую изоляцию внутри привода.
Указанный технический результат достигается тем, что в зубчатой муфте, состоящей из двух соединенных между собой, идентично выполненных и зеркально расположенных полумуфт, каждая из которых включает корпус и ступицу, расположенные соосно, причем ступица расположена внутри корпуса и имеет наружный зубчатый венец, а корпус снабжен внутренним зубчатым венцом, который вместе с зубчатым венцом ступицы образует скользящее в осевом направлении зубчатое зацепление, защищенное от внешней среды уплотнительным упругим элементом; на корпусах со стороны их соединения друг с другом выполнены фланцы, между которыми установлен демпфер, содержащий два соединенных между собой металлических элемента, между которыми размещен упругий элемент, согласно полезной модели, металлические элементы демпфера представляют собой диски с выступами, расположенными по окружности и выполненными в виде конусных секторов, при этом выступы одного диска расположены напротив впадин второго диска, а между дисками размещена монолитная упругая вставка, выполненная заливкой по форме полости, образуемой при соединении дисков с выступами, и сочетающая в себе чередующиеся по длине окружности конусные и клиновые части; при этом полумуфты и демпфер соединены между собой по плоскостям разъема болтами, установленными в резьбовых отверстиях, выполненных в выступах диска металлических элементов, а уплотнительный упругий элемент выполнен тороидальным.
Конусная часть демпфера обеспечивает одинаковую напряженность эластомера на скручивание (на большем радиусе и большем перемещении находится и более толстый слой). Клиновая часть демпфера выполнена неразрывно с конусной (клиновые и конусные участки перемежаются по длине окружности) и обеспечивает восприятие максимальных крутящих моментов без использования металлических ограничителей перемещения. Сочетание и комбинация обеих форм (клиновой и конусной) упругой части позволяет создавать демпферы с любой, заранее выбранной характеристикой жесткости. Компактность и технологичность изготовления конструкции позволяет модернизировать применяемые муфты с сохранением габаритов и стоимости изделия.
Зубчатая муфта состоит из двух полумуфт и демпфера между ними. Каждая полумуфта содержит корпус и ступицу, расположенную внутри корпуса. Муфта является сборным симметричным узлом, на корпусах с одной стороны выполнены фланцы, соединенные посредством винтов с расположенным посередине демпфером. Резьбовые отверстия расположены в шахматном порядке.
Упругие тороидальные элементы уплотняют зубчатые зацепления, подпружинено регулируют оптимальное положение муфты. Передача крутящего момента происходит без разрыва при любом смещенном положении ступиц муфты. В результате того, что зубчатая муфта выполнена двойной, исключается неравномерность хода при вращении муфты, характерная для одинарных муфт.
Типовые зубчатые муфты изготавливаются только из металла. Вследствие этого они обладают высокой жесткостью при кручении и очень незначительной демпфирующей способностью между зубчатыми полумуфтами. Это может негативно влиять на вибрационные характеристики передачи в целом и снижает комфорт пассажиров. При экстренном торможении или резком ускорении зубчатое соединение напрягается ударным крутящим моментом, досрочно приводящим к трещинам в зубьях. При модернизации приводов действующих машин требуется выдерживание габаритов установки муфты внутри приводной системы при сохранении высокой удельной мощности. Использование чисто упругих муфт невозможно, так как вследствие используемых материалов и требуемых характеристик по смещению они имеют значительно более низкую удельную мощность и поэтому должны иметь более значительные размеры для передачи значительного крутящего момента и компенсации возникающих смещений. Поэтому, целесообразно изготавливать комбинированные муфты: зубчатое соединение обеспечивает работоспособность при смещениях, возникающих во время эксплуатации, а упругий элемент гасит рывки.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 - зубчатая муфта - общий вид.
Фиг. 2 - полумуфта с демпфером - разрез с позициями.
Фиг. 3 - смещение валов муфты
Фиг. 4 - демпфер - общий вид с разрезами.
Фиг. 5 - металлический элемент демпфера.
Зубчатая муфта является сборным симметричным узлом, состоящим из двух идентично выполненных и зеркально расположенных полумуфт 1, каждая из которых включает корпус 2 и ступицу 3, расположенные соосно, причем ступица 3 расположена внутри корпуса 2 и имеет наружный бочкообразный зубчатый венец 4, а корпус снабжен внутренним зубчатым венцом 5, который вместе с зубчатым венцом 4 ступицы 3 образует зубчатое зацепление, зубья которого имеют возможность перемещения друг относительно друга. На корпусах 2 со стороны их соединения друг с другом выполнены фланцы 6, соединяемые с демпфером 7 болтами 8, а с другой стороны на корпусах 2 установлены опорные защитные крышки 9. В полости между корпусом 2 и ступицей 3, соосно им, расположен упругий тороидальный уплотнительный элемент 10, закрепленный на ступице 3 посредством винтов 11 прижимными фланцами 12, а на корпусе 2 - опорной защитной крышкой 9 и уплотнительным кольцом 13 посредством стопорного кольца 14.
На торцевой поверхности фланцев 6 корпусов 2 выполнены канавки 15 и установлены уплотнительные кольца 16, которые уплотняют внутреннюю полость муфты после притягивания фланцев 6 болтами 8 к демпферу 7. Для удобства обслуживания в корпуса муфты установлены съемные внутренние крышки 17 с уплотнительными кольцами 18. В состоянии поставки муфта разделена на три части (две полумуфты 1 и демпфер 7) и комплект крепежа и, чтобы при транспортировке ступица 3 не повредила уплотнительный элемент 10 и внутреннюю крышку 17, в корпуса 2 установлены опорные кольца 19, зафиксированные стопорными кольцами 20. Для снижения износа и облегчения относительного перемещения зубчатых венцов 4 и 5 в корпуса 2 муфты заливается, а при техническом обслуживании меняется, смазка, это можно сделать, отворачивая пробки 21 с шайбами 22.
Установку упругого тороидального уплотнительного элемента 10 осуществляют следующим образом. На цилиндрический участок 23 уплотнительного элемента 10 ближе к тороидальному участку свободно устанавливают прижимной фланец 12. Упругий элемент 10 с прижимным фланцем 12 надевают на смазанный маслом конический участок 24 ступицы 3 до кольцевой канавки 25. В ступицу 3 устанавливают винты 11, поочередно вворачивая, притягивают фланец к ступице 3. Ступицу 3 с упругим элементом 10 заводят по зубчатым венцам в корпус 2, устанавливают уплотнительное кольцо 13, прижимают опорной крышкой 9 и предварительно укладывают стопорное кольцо 14. Часть муфты (полумуфту) в сборе устанавливают фланцем на стол пневматического, гидравлического или винтового пресса, ходом пресса вниз нажимают на опорную крышку 9, щипцами заводят стопорное кольцо 14 в паз корпуса 2. Ходом пресса вверх освобождают сжатые уплотнительное кольцо и упругий элемент 10, которые надежно фиксируют стопорное кольцо 14.
Изготовление демпфера 7 осуществляется следующим образом: в пресс-форму устанавливаются два металлических элемента 26 демпфера 7, представляющие собой диски с выступами 27, расположенными по окружности и выполненными в виде конусных секторов, при этом выступы 27 одного диска расположены напротив впадин 28 второго диска, а в зазор между металлическими элементами 26 закачивается под давлением полиуретановая масса, склеивающая металлические элементы 26. После полимеризации и остывания получается неразъемное изделие - сайлент-блок, содержащий два металлических элемента 26 и промежуточный упругий элемент, сочетающий в себе чередующиеся по длине окружности конусные и клиновые части 29 и 30.
Главными преимуществами предлагаемой зубчатой муфты являются следующие:
- конусная часть диска упругого резинометаллического элемента (демпфера) обеспечивает одинаковую напряженность эластомера при скручивании (на большем радиусе и большем перемещении находится и более толстый слой). Эластомер работает на растяжение;
- клиновая часть диска демпфера выполнена неразрывно с конусной (клиновые и конусные участки перемежаются по длине окружности) и обеспечивает восприятие максимальных крутящих моментов без использования металлических ограничителей перемещения. Эластомер работает на растяжение и сжатие (между выступающими элементами металлической части демпфера).
- сочетание и комбинация обеих форм упругой части позволяет создавать демпферы с любой, заранее выбранной характеристикой жесткости.
- резьбовое отверстие демпфера выполнено в утолщенном месте его металлической части, что увеличивает длину резьбовой заделки до полутора диаметра и обеспечивает более надежное крепление к полумуфте.
- тороидальная форма упругого уплотнения в сочетании с опорной крышкой позволяют получить пружинящий элемент с прогрессивной характеристикой упругости, что позволяет незамедлительно переводить корпус муфты в оптимальное положение при быстрых и значительных отклонениях валов, что особенно важно в скоростном транспорте.
Использование предложенной зубчатой муфты повышает надежность и долговечность муфты за счет снижения ударных нагрузок при неравномерном вращении муфты, надежную компенсацию возникающих смещений, существенное снижение жесткости муфты, гашение вибрации и электрическую изоляцию. Благодаря резинометаллическому упругому элементу, закрепленному между полумуфтами, получается простое конструктивное решение, благодаря чему могут экономиться расходы на материал и время на сборку и обслуживание.
Предложенное техническое решение может быть эффективно использовано в приводах железнодорожного подвижного состава и других высоконагруженных подвижных приводах.