ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ КАРДАННАЯ МУФТА

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в карданном приводе машин.
Известна предохранительная муфта карданного привода, состоящая из вала, на шлицах которого с возможностью перемещения в осевом направлении посажена ведущая полумуфта, а ведомая полумуфта подпружинена. Между полумуфтами установлены две двухкулачковые шайбы (Карамышев В.Р., Нартов П.С. Повышение надежности работы предохранительных муфт лесохозяйственных машин. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1983, с.8-9, рис.1.3).
Недостатком этой конструкции является значительные динамические нагрузки при пробуксовке муфты в период ее срабатывания.
В качестве прототипа принята предохранительная карданная муфта, содержащая две полумуфты, одна из которых подпружинена с возможностью перемещения по шлицам в осевом направлении, а вторая полумуфта выполнена в виде ступицы с упругим элементом (Патент RU №62680 U1, МПК F16D 7/04, опубликован 27.04.2007, бюллетень №12).
Предохранительная карданная муфта-прототип состоит из свободно установленной на валу карданной вилки и втулки с возможным осевым перемещением по шлицам, выполненной в виде ступицы с упругим элементом. Между вилкой и втулкой установлены двухкулачковые шайбы, одна из которых закреплена в упругом элементе втулки. Для прижатия шайб имеется цилиндрическая пружина, контактирующая с регулировочными гайками, навинчиваемыми на вал. При возникновении перегрузки втулка сжимает пружину, зубья шайб выходят из зацепления. Предохранительное устройство срабатывает с последующей пробуксовкой.
Неясным в описании прототипа является геометрическая форма двухкулачковых шайб, содержащих зубья, количество и характеристика этих зубьев. Способ соединения вилки с ведущей двухкулачковой шайбой в описании отсутствует, хотя без таковой связи устройство работать не сможет. Ведомая двухкулачковая шайба закреплена на резиновом упругом элементе, крепления ее к каждому из четырех секторов этого элемента осуществляется четырьмя металлическими втулками цилиндрической формы. При срабатывании устройства (сжатии пружины) ведомая полумуфта под действием осевой силы перемещается назад (вправо) вместе с шлицевой втулкой по валу, сжимая пружину. Осевая сила передается от ведомой полумуфты на пружину посредством четырех цилиндрических втулок и постоянно сжатых пружиной резиновых упругих элементов. В определенный момент срабатывания устройства (пробуксовки полумуфт) крутящий момент перестает им передаваться, и его производная осевая сила перестает существовать. При этом условии исчезает сила, дополнительно сжимающая пружину и она производит ход отдачи, то есть методом ударной нагрузки вновь восстанавливает соединение полумуфт. При пробуксовке полумуфт изменение ударной нагрузки в момент замыкания устройства будет носить пульсирующий характер, возникая именно на ходе отдачи, а не при размыкании муфты. Роль упругого резинового элемента в гашении указанных ударных нагрузок можно считать незначительной, так как он постоянно сжат пружиной, в результате величиной его дополнительного сжатия при гашении удара можно пренебречь. Таким образом, упругие элементы (4 шт.) устройства не предохраняют в значимой степени элементы трансмиссии от ударной отдачи, а лишь частично демпфируют процесс передачи крутящего момента, снижая нагрузку на шлицевое соединение ступицы, при этом, передающие крутящий момент четыре цилиндрические втулки подвержены напряжению среза и лимитируют работоспособность устройства в целом.
Техническая задача - снижение динамической нагрузки на элементы трансмиссии на ходе отдачи, то есть скорости нарастания усилия в контактной площади полумуфт под действием сжатой пружины, и повышение за счет этого эксплуатационных свойств карданной предохранительной муфты.
Для решения поставленной задачи карданная предохранительная муфта, содержащая две кулачковые полумуфты, одна из которых подпружинена с возможностью перемещения в осевом направлении, дополнительно оснащена жидкостным демпфером с расчетной характеристикой, уменьшающим динамическую нагрузку на элементы трансмиссии при стопорении последней в результате наезда рабочего органа машины на препятствие, к тому же демпфирующая способность названного устройства может регулироваться путем изменения его внутреннего гидравлического сопротивления.
Предлагаемая предохранительная карданная муфта изображена на фигуре. Ведущая полумуфта 1 представляет собой диск, в котором диаметрально противоположно выполнены отверстия, служащие для установки кулачков 2.
Каждый из кулачков (например, четырех) имеет рабочую (выпуклую) полусферическую поверхность и хвостовик, установленный в названные отверстия диска. Фиксация кулачков в отверстиях диска производится резьбовым соединением винт-гайка. По оси названного диска выполнено отверстие, в которое установлен цилиндрический корпус жидкостного демпфера 3 с приваренным к нему ведущим фланцем 4, снабженным крепежными отверстиями. Корпус жидкостного демпфера 3 в сборе с ведущем фланцем 4 жестко закреплен сваркой с вышеназванным отверстием ведущего диска 1 и при работе устройства вращается вместе с ним. В корпус 3, с возможностью продольного перемещения и реверсивного вращения вокруг продольной оси, установлен поршень 5 с проходными отверстиями 6, концентрично расположенными на принятом радиусе (количество отверстий определяется расчетом), имеющий уплотнение сопряжения с зеркалом цилиндра в виде самоподжимной манжеты 7. С поршнем 5 жестко соединен шток 8, имеющий в месте выхода из корпуса 3 резиновое уплотнение 9, прижатое крышкой 10. Для осуществления сборки жидкостного демпфера его правая торцевая крышка 11 дискообразной формы с отверстием под шток снабжена полкой 12, имеющей наружный резьбовой участок 13 и выступы 14 под зев рожкового ключа для заворачивания этой крышки, а сопрягаемая с ней поверхность цилиндрического корпуса 3 имеет соответствующий внутренний резьбовой участок. С левой стороны в поршень 5 ввернут по резьбе ограничитель 15 хода перекрывного клапана 16 с жиклерами 17, свободно установленного на его цилиндрической поверхности. Для заправки полостей А и Б жидкостного демпфера служит отверстие 18 в его корпусе 3, закрываемое резьбовой пробкой 19. Правый конец штока 8 имеет внутренний резьбовой участок 20. Ведомая полумуфта 21 также представляет собой диск, содержащий четыре вогнутые полусферы 22, соответствующие выпуклым полусферам (кулачкам) ведущего диска. При этом ведущие полусферы при сборке устройства плотно входят в сопряжение с ведомыми вогнутыми полусферами до соприкосновения полумуфт, после чего ведомая полумуфта 21 жестко соединяется со штоком 8 жидкостного демпфера посредством болта 23, вворачиваемого во внутренний резьбовой участок 20 штока 8; для осуществления сборки ведомая полумуфта 21 имеет по оси глухое отверстие 24. Таким образом, при отходе ведомой полумуфты 21 назад (вправо), вместе с ней будет перемещаться и шток 8 с присоединенным к нему поршнем 5. Ведомая полумуфта 21 имеет расчетное количество сквозных резьбовых отверстий, служащих для жесткого соединения этой полумуфты со шлицевой ступицей 25, установленной с возможностью продольного относительного перемещения по валу 26, оснащенному шлицевым участком 27. На вал 26 с размещенной на нем шлицевой ступицей 25 устанавливают цилиндрическую пружину сжатия 28. Степень сжатия пружины 28 изменяют регулировочной гайкой 29, после чего фиксируют контргайкой 30, навинчиваемых на резьбовой участок 31 вала. Между торцом пружины и регулировочной гайкой установлен упорный диск 32. К правому концу вала приварен ведомый фланец 33 с присоединительными размерами для карданной передачи. В качестве брызгозащитного устройства шлицевого и резьбовых соединений ведомой полумуфты на правом торце ее диска резьбовым крепежом установлен защитный колпак 34 цилиндрической формы, опирающийся свободным правым концом на поверхность диска 32.
Предохранительная карданная муфта работает следующим образом.
В собранном состоянии полумуфты плотно прилегают своими полусферическими поверхностями («выпуклость-впадина»), постоянно находясь под воздействием усилия пружины, отрегулированного на передачу расчетного крутящего момента трансмиссией при работе машины.
При передаче крутящего момента на сферической контактирующей поверхности ведомой полумуфты возникает осевая сила. Эта сила стремится вывести ведомую полумуфту из зацепления с ведущей, преодолевая усилия их сжатия пружиной, силу трения в шлицевом соединении, силу гидравлического сопротивления жидкостного демпфера на ходе «сжатие» и силу трения на контактирующей поверхности полусферических тел кулачков и ведомой полумуфты. В результате заданного соотношения названных сил полумуфты должны постоянно находиться в зацеплении на ширине рабочего профиля полусферических кулачков, например, равного их радиусу.
Так как ведомая полумуфта посажена на шлицы вала, то она имеет возможность перемещаться по ним на величину хода сферического кулачка, дополнительно сжимая пружину. Регулировка устройства на срабатывание под действием момента, превышающего расчетное значение, осуществляется регулировочной гайкой путем изменения усилия сжатия пружины.
При срабатывании устройства в момент отвода ведомой полумуфты 21 шток 8 перемещает поршень 5 вправо, сжатая в полости А рабочая жидкость перетекает в полость Б через проходные отверстия 6 поршня 5, перекрывной клапан 16 отведен давлением жидкости в крайнее левое положение на ограничителе хода 15. Гидравлическое сопротивление жидкостного демпфера 3 на ходе сжатия минимально.
При размыкании силового контура трансмиссии исчезает осевая сила, действующая на ведомую полумуфту 21, и она под действием усилия дополнительного сжатия пружины 28 опять входит в зацепление с кулачками 2 ведущей полумуфты 1. Для гашения нагрузки, возникающей в месте контакта кулачков на ходе «отдачи», служит жидкостной демпфер 3, перекрывной клапан 16 которого перемещается под действием давления жидкости к поршню 5, в результате чего жидкость из полости Б вытесняется в полость А через проходные отверстия 6, содержащие жиклеры 17 - отверстия с калиброванным диаметром и длиной, обладающих высоким гидравлическим сопротивлением. В результате дросселирования рабочей жидкости через жиклеры 17 ход «отдачи» поршня 5, штока 8 и жестко соединенной с ним ведомой полумуфты 21 замедляется, кинетическая энергия удара за счет жидкостного трения преобразуется в тепловую энергию и рассеивается в пространстве.