МУФТА С ОСЕВЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ОДНОЙ ИЗ ПОЛУМУФТ
COUPLING WITH ONE OF THE HALF COUPLINGS AXIAL MOVEMENT

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения валов при сцеплении полумуфт с уменьшенными радиальными нагрузками. В качестве соединяемых устройств могут выступать, например, электродвигатели с фланцевым исполнением, редукторы, генераторы, на валах которых могут устанавливаться датчики крутящего момента.
Из существующего уровня техники известна фланцевая муфта, ГОСТ 20761-96 [1]. Муфта предназначена для соединения валов и передачи крутящего момента без уменьшения динамических нагрузок. Муфта обеспечивает наиболее точное, жесткое и прочное соединение. Данная муфта состоит из двух фланцевых полумуфт, насажанных на концы соединяемых валов и болтов крепления, служащих для соединения полумуфт между собой. Недостатком этой муфты является необходимость соблюдения точной перпендикулярности торцевых поверхностей полумуфт и соосности расположения валов.
Также известна муфта упругая втулочно-пальцевая ГОСТ 21424-93 [2]. Данная муфта состоит из 2-х полумуфт, втулки распорной, втулки упругой, пальцев. Муфта предназначена для соединения валов и передачи крутящего момента. Она получила широкое распространение благодаря простоте конструкции и удобству замены упругих элементов. Однако их характеризует невысокая компенсирующая способность, а при соединении несоосных волов - достаточно большое силовое воздействие на валы и опоры, при этом резиновые втулки быстро разрушаются.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению и принятой за прототип является муфта упругая со звездочкой ГОСТ Р 50894-96 [3]. Муфта состоит из двух закрепленных на валах полумуфт с торцевыми выступами и резиновой звездочки, зубья которой расположены между торцевыми выступами полумуфт. Полумуфты соединяются с валами, например, с помощью шпонок.
Недостатками прототипа являются: повышенные радиальные нагрузки, присутствующие во время соединения валов устройств, сложность процедуры соединения.
Указанные недостатки возникают из-за того, что полумуфты в конструкции прототипа закрепляются на валах без возможности осевого перемещения, что требует производить соединение устройств с заранее установленными полумуфтами. Соединяемые агрегаты из-за различной массы устанавливают вручную или с помощью подъемных устройств, что приводит к неточному расположению осей валов, на которых закреплены полумуфты, в результате этого повышаются радиальные нагрузки, ведущие к ускоренному выходу муфты из строя. Кроме того, на валу одного из соединяемых устройств может быть установлен датчик крутящего момента, например [4], крайне чувствительный к осевым и радиальным нагрузкам. Его легко повредить, если к нему пристыковывать, например, электродвигатель, с уже закрепленной полумуфтой. Чтобы свести риск повреждения к минимуму, нужно сначала закрепить двигатель, а потом произвести соединение предлагаемой муфтой.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение радиальных нагрузок во время соединения валов при упрощении процедуры соединения.
Технический результат достигается следующим образом. В известное устройство, состоящее из двух полумуфт с торцовыми выступами, первая полумуфта соединена шпоночным соединением с первым валом, а вторая полумуфта жестко закреплена на втором валу, упругой звездочки, зубья которой расположены между торцовыми выступами полумуфт, введено следущее: наружная резьбовая поверхность первой полумуфты, на которой расположена втулка, торец которой контактирует с торцом первого вала, где при вращении втулки полумуфта имеет возможность перемещаться в осевом направлении вала.
Втулка стопорится на полумуфте контргайкой, навинчивающейся на полумуфту и контактирующей торцевой поверхностью с втулкой. Кроме того, в случае, если диаметр торца вала ПСУ окажется недостаточным для контакта с втулкой, между торцом вала ПСУ и втулкой устанавливается компенсирующая шайба.
Конструкция предлагаемого изобретения представлена на фигурах 1, 2, 3 и 4. На фигуре 1 показаны соединения валов с использованием предлагаемой муфты, на фигуре 2 - устройство полумуфты в сборе, установленной на валу ПСУ. На фигуре 3 показаны соединения валов с использованием предлагаемой муфты, дополненной шайбой и контргайкой, на фигуре 4 - устройство установленной на валу ПСУ полумуфты в сборе, дополненное шайбой и контргайкой.
Составные части на фигурах 1, 2, 3 и 4 обозначены следующим образом:
1 - первое соединяемое устройство;
9 - упругая звездочка;
2 - второе соединяемое устройство
10 - втулка;
(ВСУ);
11 - торцевая поверхность вала
3- вал ПСУ;
ПСУ;
4 - вал ВСУ;
12 - шпонка;
5 - первая полумуфта;
13 - шпоночный паз;
6 - вторая полумуфта;
14 - резьба на внешней стороне
7 - торцовые выступы первой
первой полумуфты;
полумуфты;
15 - контргайка;
8 - торцовые выступы второй полу муфты;
16 - компенсирующая шайба.
Муфта состоит из первой и второй полумуфт 5 и 6 с торцовыми выступами 7 и 8 соответственно, между которыми расположена упругая звездочка 9. Полумуфты 5 и 6 соединяются с валами 3 и 4 ПСУ 1 и ВСУ 2 соответственно. На внутренней поверхности полумуфты 5 имеется шпоночный паз 13 для соединения с помощью шпонки 12 вала 3 и полумуфты 5. Шпоночный паз 13 выполнен по всей длине полумуфты 5, позволяя ей перемещаться в осевом направлении вала 3. Полумуфта 5 имеет на внешней поверхности резьбу 14, контактирующую с внутренней резьбой втулки 10, упирающейся в торцевую поверхность 11 вала 3 ПСУ 1.
Втулка 10 стопорится на полумуфте 5, например, контргайкой 15, навинчивающейся на резьбу 14 полумуфты 5 и контактирующей своей торцевой поверхностью с втулкой 10.
В случае если диаметр вала 3 окажется недостаточным для контакта с втулкой 10, втулка 10 контактирует с торцевой поверхностью 11 вала 3 ПСУ 1 через компенсирующую шайбу 16.
Полумуфта в сборе состоит из полумуфты 5 с торцовыми выступами 7, втулки 10, навинчивающейся на резьбовую поверхность 14, а также по необходимости из контргайки 15 и компенсирующей шайбы 16.
Устройство работает следующим образом. На валу 3 ПСУ 1 со шпоночным соединением устанавливается полумуфта в сборе. Перед монтажом ПСУ 1 с полумуфтой в сборе втулку 10 наворачивают на полумуфту 5 для возможного ее перемещения к торцевой поверхности 11 вала 3 ПСУ 1, чтобы полумуфта 5 занимала минимально возможное расстояние от торцевой поверхности 11 вала 3 ПСУ 1 до торцовых выступов 7 полумуфты 5. ПСУ 1 с полумуфтой в сборе устанавливают на раму, где уже определены допуски на осевое и угловое расположение оси вала 3 ПСУ 1 по отношению к оси вала 4 ВСУ 2, на котором закреплена полумуфта 6. При этом полумуфты 5 и 6 через резиновую звездочку 9 друг с другом не контактируют. Для обеспечения сцепления полумуфт 5 и 6, втулку 10, торец которой контактирует с торцевой поверхностью 11 вала 3 ПСУ 1, вращают таким образом, чтобы полумуфта 5 перемещалась в осевом направлении вала 3 ПСУ 1 для сцепления полумуфт 5 и 6 торцовыми выступами 7 и 8 соответственно между собой, через резиновую упругую звездочку 11.
Предлагаемая муфта сконструирована и изготовлена в АО «ФНПЦ «ННИИРТ», успешно применяется в производстве.
Таким образом, благодаря введению в прототип наружной резьбы на внешней поверхности полумуфты, на которой расположена втулка с внутренней резьбой, торец которой контактирует с торцом вала, появилась возможность перемещения полумуфты вдоль оси вала, что уменьшило радиальные нагрузки во время соединения валов и упростило процедуру соединения устройств.
Источники информации:
1. ГОСТ 20761-96. Муфты фланцевые. Параметры, конструкция и размеры.
2. ГОСТ 21424-93. Муфты упругие втулочно-пальцевые. Параметры и размеры.
3. ГОСТ Р 50894-96. Муфты упругие со звездочкой. Технические условия.
4. Техническое описание датчика крутящего момента Т40В, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH; https://www.hbm.com/en/3004/t40b-universal-torque-transducer-for-test-benches/.