ГРЕБНОЙ ВИНТ С ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ МУФТОЙ
PROPELLER SCREW WITH OVERLOAD CLUTCH

Область техники
Гребной винт с предохранительной муфтой (кл. В63Н 1/14, В63Н 23/34) предназначен для использования в подвесных лодочных моторах и(или) винтовых движителях судов для снижения риска повреждения лопастей гребного винта при ударе о препятствие - гребной винт проворачивается на гребном валу при превышении некоторой величины крутящего момента, передаваемого на гребной винт.
Уровень техники
Аналогом и прототипом изобретения является гребной винт с креплением на гребном валу через предохранительный штифт-шпонку, который используется, например, на российских лодочных моторах «Вихрь», «Нептун», «Ветерок» и других моторах (книга - Лодочные моторы "Ветерок". Устройство, эксплуатация и ремонт: Справочник. Автор: Фишбейн Е.И. Издательство: Судостроение, год: 1989). Крепление винта посредством штифта-шпонки содержит корпус-ступицу гребного винта с отверстием, гребной вал. В гребном валу и корпусе-ступице гребного винта имеется совместимое отверстие поперек оси вала, в это отверстие вставляется предохранительный штифт-шпонка (с возможностью срезания при превышении нагрузки) для передачи крутящего момента между гребным валом и гребным винтом.
Недостатком прототипа является относительное неудобство установки-снятия гребного винта на гребной вал, когда требуется точно совместить отверстия под штифт-шпонку на гребном валу и на корпусе-втулке винта. Нередко, при срезании штифта-шпонки, происходит заклинивание срезанного штифта-шпонки и гребного винта на гребном валу из-за образования заусенца на штифте-шпонке, и тогда требуется значительное усилие для снятия винта с гребного вала. Также такую конструкцию, с использованием штифта-шпонки и поперечным отверстием в корпусе-втулке гребного винта и гребном валу, сложно использовать для современных лодочных моторов, в которых обычно используется гребной вал с продольными шлицами для крепления гребного винта.
Техническим результатом изобретения является конструкция гребного винта с предохранительной муфтой с использованием предохранительного штифта-шпонки. Такая конструкция обеспечивает простоту замены штифта-шпонки и установки гребного винта на гребной вал. Также конструкция содержит демпфер крутящего момента и может использоваться при установке гребного винта на гребной вал с продольными шлицами.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показана схема конструкции гребного винта с предохранительной муфтой, эта конструкция показывает один из вариантов осуществления изобретения, которые описаны в независимых и зависимых пунктах формулы изобретения.
Гребной винт с предохранительной муфтой содержит корпус-ступицу гребного винта 1. Ведущая полумуфта 2 одета на гребной вал 3, входит в зацепление с ним посредством продольных шлицов для восприятия крутящий момент от гребного вала и передает крутящий момент на ведомую полумуфту 4. Ведущая полумуфта 2 содержит демпфер 5 крутящего момента.
Ведущая и ведомая полумуфты 2, 4 обращены друг к другу своими торцами. Совместное отверстие в полумуфтах под штифт-шпонку 6 проходят через торцевые поверхности полумуфт, а ось отверстия расположена параллельно оси гребного винта (допустимо отклонение оси от параллельности до 15-20 градусов). Штифт-шпонка 6 располагается в отверстии одновременно в двух полумуфтах и обеспечивает передачу крутящего момента между ведущей 2 и ведомой 4 полумуфтами.
Ведомая полумуфта 4 соединена с корпусом-ступицей гребного винта 1 посредством болтов 7 (как вариант) и передает вращение на гребной винт.
На торцах полумуфт 2 и 4, которые обращены друг к другу, имеются торцевые шлицы и/или кулачки 8. При передаче крутящего момента между полумуфтами посредством штифта-шпонки 6 вершины торцевых шлицев и/или кулачков 8 полумуфт располагаются напротив друг друга и не могут передавать крутящий момент. После срезания предохранительного штифта-шпонки 6 ведущая полумуфта 2 может вращаться относительно ведомой полумуфты 4 и может перемещаться вдоль гребного вала (благодаря зацеплению с гребным валом 3 посредством продольных шлицов) для вхождения торцевых шлицов и(или) кулачков 8 в зацепление и передачи крутящего момента.
Стопорная гайка 9 расположена на конце гребного вала 3, она удерживает и (или) фиксирует гребной винт на гребном валу.
Пружины 10 сжатия находится между стопорной гайкой 9 и подвижной в продольном направлении ведущей полумуфтой. При срезании штифта-шпонки пружина 10 воздействует на полумуфту 2 и сближает полумуфты 2, 4 для вхождения в зацепление торцевых шлицов и/или кулачков 8.
Дополнительная гайка 11 расположена вместе со стопорной гайкой 9 на конце гребного вала 3 и накручена на стопорную гайку 9. При вращении дополнительная гайка 11 может перемещается вдоль оси гребного вала и сближать ведущую и ведомую полумуфты 2, 4 для вхождения в зацепление торцевых шлицов 8 и для передачи крутящего момента между полумуфтами.
Раскрытие изобретения
Заявленный технический результат достигается за счет того, что гребной винт с предохранительной муфтой содержит корпус-ступицу гребного винта 1. Отличием является то, что имеется ведущая полумуфта 2, которая одевается на гребной вал 3, входит в зацепление и воспринимает крутящий момент от гребного вала. Ведомая полумуфта 4 соединена с корпусом-ступицей гребного винта 1 и выполнена с возможностью передачи крутящего момента на гребной винт. Ведущая и ведомая полумуфты 2, 4 обращены друг к другу своими торцами. Совместное отверстие в полумуфтах под штифт-шпонку 6 проходят через торцевые поверхности полумуфт, а ось отверстия расположена параллельно оси гребного винта (допустимо отклонение оси от параллельности до 15-20 градусов). Штифт-шпонка 6 расположен в совместном отверстии в двух полумуфтах и обеспечивает передачу крутящего момента между ведущей 2 и ведомой 4 полумуфтами.
Соединение ведомой полумуфты 4 и корпуса-ступицы гребного винта 1 выполнено разъемным, например, посредством болтов 7. Это позволяет заменить только один корпус-ступицу гребного винта в случае повреждения лопастей и(или) необходимости использовать гребной винт (и корпус-ступицу) с другими характеристиками.
Дополнительно, для уменьшения нагрузки на штифт-шпонку 6 и детали трансмиссии в момент включения хода и начала вращения винта, ведомая 2 и(или) ведущая 4 полумуфта содержит демпфер 5 крутящего момента.
Для повышения удобства эксплуатации и замены штифта-шпонки 6 можно повторно использовать часть от срезанного штифта-шпонки для передачи крутящего момента между полумуфтами. Для этой цели имеется специальная конструкция совместного отверстия в полумуфтах под штифт-шпонку 6 и(или) выполнено дополнительное совместное отверстие уменьшенной длины в полумуфтах (отверстие выполняется аналогично и подобно основному отверстию под штифт-шпонку).
Для повышения безопасности эксплуатации гребного винта и предохранительной муфты в случае недостатка времени на замену срезанного штифта-шпонки имеется механизм (конструкция) для зацепления ведущей и ведомой полумуфт 2, 4 и передачи крутящего момента между ними в случае срезания и(или) отсутствия штифта-шпонки 6. Это позволяет сохранить работоспособность и вращение гребного винта при срезании штифта-шпонки 6 и(или) невозможности его замены.
Один из вариантов такой конструкции - имеются торцевые шлицы и/или кулачки 8 на торцах полумуфт. При передаче крутящего момента между полумуфтами 2, 4 посредством штифта-шпонки 6 вершины-выступы торцевых шлицев и/или кулачков 8 полумуфт располагаются напротив друг друга и не могут передавать крутящий момент. После срезания предохранительного штифта-шпонки 6 ведущая полумуфта 2, благодаря зацеплению с гребным валом 3 посредством продольных шлицов, может быть перемещена вдоль оси гребного винта с одновременным поворотом относительно ведомой полумуфты 4 для вхождения торцевых шлицов и(или) кулачков 8 в зацепление и передачи крутящего момента.
Например, можно использовать стопорную гайку 9 на конце гребного вала для удержания и фиксации гребного винта на гребном валу, при закручивании стопорной гайки 9 происходит перемещение полумуфт навстречу друг другу.
Дополнительно можно применить пружину 10 сжатия между стопорной гайкой 8 и подвижной в продольном направлении ведущей 2 и(или) ведомой 4 полумуфтой. Пружина 10 воздействует на полумуфту и при срезания штифта-шпонки 6 сближает полумуфты 2, 4 для вхождения в зацепление торцевых шлицов и/или кулачков 8 и передачи крутящего момента между полумуфтами.
Если торцевые шлицы выполнить, например, треугольными или трапецеидальными с наклонными боковыми гранями, то возможно работа предохранительной муфты в автоматическом режиме. При превышении некоторой величины крутящего момента будет возникать результирующая отталкивающая сила на торцевых шлицах, которая превысит усилие пружины, полумуфты будут расходиться друг от друга в продольном, осевом направлении и выведут свои торцевые шлицы из зацепления, это позволит муфтам проворачиваться относительно друг друга.
Также возможно конструктивное решение - наличие дополнительной гайки 11 вместе со стопорной гайкой 9 на конце гребного вала 3. Дополнительная гайка 11 накручивается на стопорную гайку 9 или на хвостовик гребного вала 3 между стопорной гайкой 9 и полумуфтой гребного винта, дополнительная гайка 11 при вращении перемещается вдоль оси гребного вала. Такое решение, при фиксации шплинтом основной гайки 9 на гребном валу от откручивания и при срезании штифта-шпонки 6, позволит путем закручивания дополнительной гайки 11 сблизить ведущую и ведомую полумуфты 2, 4 для вхождения в зацепление торцевых шлицов 8 и передачи крутящего момента между полумуфтами.
Осуществление изобретения
Гребной винт с предохранительной муфтой содержит корпус-ступицу 1 гребного винта, ведущую полумуфту 2, которая одевается на гребной вал 3, входит в зацепление посредством продольных шлицов и воспринимает от него крутящий момент. В общем случае способ зацепления ведущей полумуфты 2 с гребным валом 3 для передачи крутящего момента может быть различным - при помощи шпонки и(или) поперечного штифта и(или) другим способом.
Ведомая полумуфта 4 воспринимает крутящий момент от ведущей полумуфты 2, ведущая и ведомая полумуфта обращены друг к другу своими торцами, предохранительный штифт-шпонка 6 для передачи крутящего момента расположен в совместном отверстии ведомой и ведущей полумуфт, ось отверстия примерно параллельна оси гребного вала и винта.
Ведомая полумуфта 4 соединена с корпусом-ступицей 1 гребного винта посредством болтов 7 (как вариант) для передачи крутящего момента на гребной винт. Разъемное соединение ведомой полумуфты 4 и корпуса-ступицы гребного винта 1 позволяет заменить только один корпус-ступицу гребного винта в случае повреждения лопастей и(или) необходимости использовать гребной винт (и корпус-ступицу) с другими характеристиками.
В показанном на рисунке варианте конструкции ведущая полумуфта 2 соединена с гребным валом 3 посредством продольных шлицов для передачи крутящего момента и может перемещаться вдоль своей продольной оси гребного вала и гребного винта. Ведомая полумуфта 4 также может перемещаться вдоль продольной оси на гребном валу вместе с ведущей полумуфтой 2 или отдельно. Таким образом ведущая 2 и(или) ведомая 4 полумуфты могут перемещаться вдоль оси гребного вала для сближения друг с другом своими торцевыми поверхностями.
Порядок расположения ведущей и ведомой полумуфты по оси на гребном валу может быть различным - например, ведущая полумуфта 2 может быть расположена позади ведомой полумуфты 4, ближе к концу гребного вала 2, или наоборот.
Для сборки гребного винта с предохранительной муфтой в ведущую полумуфту 2 вставляется штифт-шпонка 6, далее корпус-ступица гребного винта 1 вместе с ведомой полумуфтой 4 одеваются на ведущую полумуфту 2 так, чтобы отверстия под штифт-шпонку в полумуфтах располагались напротив друг друга, штифт-шпонка занимает место в совместном отверстии одновременно в двух полумуфтах. Далее гребной винт вместе с предохранительной муфтой, как одно целое, одевается на гребной вал 3. В таком состоянии гребной винт способен воспринимать крутящий момент от гребного вала и находится в работоспособном состоянии.
Ведущая полумуфта 2 и(или) ведомая может содержать в своем составе демпфер 5 для сглаживания пиков крутящего момента в момент включения хода и начала вращения гребного вала.
Как один из вариантов, конструкция демпфера 5 выполнена в виде втулки из эластичного материала, который расположен в зазоре между двумя отдельными (ведущей и ведомой) цилиндрическими втулками ведущей полумуфты 2, и материал демпфера сцеплен с поверхностью втулок.
Другой вариант конструкции демпфера - на поверхности цилиндрических втулок 2 полумуфты выполнены продольные ребра-выступы, которые обращены в сторону друг друга, между ребрами-выступами в кольцевом зазоре между втулками расположен элемент из эластичного, упругого материала.
Демпфер может располагаться в составе ведущей и(или) ведомой полумуфты и иметь другую конструкцию.
Для повышения удобства эксплуатации и замены штифта-шпонки 6 можно повторно использовать часть срезанного штифта-шпонки для передачи крутящего момента между полумуфтами. Для этого имеется специальная конструкция совместного отверстия в полумуфтах под штифт-шпонку 6 и(или) выполнено дополнительное совместное отверстие уменьшенной длины в полумуфтах (примерно равное длине части срезанного штифта-шпонки). Укороченное совместное отверстие выполняется аналогично основному отверстию под штифт-шпонку или выполняется только одно укороченное отверстие в одной полумуфте.
Как вариант, специальная конструкция совместного отверстия предусматривает выполнение короткого отверстия в одной полумуфте и в несколько раз более длинного отверстия в другой полумуфте. В коротком отверстии полумуфты может находиться выступающий элемент-фиксатор их эластичного, упругого материала (например, резиновой кольцо в проточке внутри отверстия), который удерживает вставленный в отверстие штифт-шпонку. Изначально используется длинный штифт-шпонка в соответствии с полной длиной совместного отверстия в двух полумуфтах. После срезания штифта-шпонки 6 часть штифта-шпонки вставляется в короткое отверстие полумуфты. Благодаря наличию элемента-фиксатора в коротком отверстии полумуфты, укороченный штифт-шпонка фиксируется в отверстии и не может провалиться в длинное отверстие другой полумуфты, потеряв способность передавать крутящий момент между полумуфтами.
Для повышения безопасности эксплуатации гребного винта и предохранительной муфты имеется механизм (конструкция) для зацепления ведущей и ведомой полумуфт 2, 4 и передачи крутящего момента между ними в случае срезания и(или) отсутствия штифта-шпонки б. Как вариант такой конструкции - имеются торцевые шлицы и/или кулачки 8 на торцах полумуфт.
При передаче крутящего момента между полумуфтами 2, 4 посредством штифта-шпонки 6 вершины-выступы торцевых шлицев и/или кулачков 8 полумуфт располагаются напротив друг друга и не могут передавать крутящий момент. После срезания предохранительного штифта-шпонки 6 ведущая полумуфта 1, благодаря зацеплению с гребным валом 3 посредством продольных шлицов, может быть перемещена вдоль оси гребного винта с одновременным поворотом относительно ведомой полумуфты 4 для вхождения торцевых шлицов и(или) кулачков 8 в зацепление и передачи крутящего момента.
Как вариант, имеется стопорная гайки 9, она расположена на конце гребного вала 3 для удержания и фиксации гребного винта на гребном валу, при закручивании стопорной гайки 9 полумуфты могут перемещаться навстречу друг другу. Наличие стопорной гайки 9 не является обязательным условием для обеспечения работоспособности изначального варианта конструкции.
Дополнительно можно использовать пружину сжатия 10 (тип пружины может быть различный) между стопорной гайкой 9 и подвижной в продольном направлении полумуфтой 2. Пружины 10 сжатия находится между стопорной гайкой 9 и подвижной в продольном направлении ведущей полумуфтой. При срезании штифта-шпонки пружина 10 воздействует на полумуфту 2 и сближает полумуфты 2, 4 для вхождения в зацепление торцевых шлицов и/или кулачков 8.
Если торцевые шлицы выполнить, например, треугольными или трапецеидальными с наклонными боковыми гранями, то возможна работа предохранительной муфты в автоматическом режиме. При превышении некоторой величины крутящего момента отталкивающая сила на торцевых шлицах превысит усилие пружины 10, и полумуфты будут расходиться друг от друга в осевом направлении и выведут торцевые шлицы из зацепления.
Другим вариантом развития конструкции является наличие дополнительной гайки 11 вместе со стопорной гайкой 9, дополнительная гайка 11 накручивается на стопорную гайку 9 и(или) на хвостовик гребного вала 3 между стопорной гайкой 9 и гребным винтом, дополнительная гайка при вращении перемещается вдоль оси гребного вала. При фиксации шплинтом основной гайки 9 на гребном валу от откручивания и при срезании штифта-шпонки 6, вращение дополнительной гайки 9 позволяет сблизить ведущую 2 и ведомую 4 полумуфты для вхождения в зацепление торцевых шлицов 8 и передачи крутящего момента между полумуфтами.