ЗУБЧАТАЯ МУФТА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности, к зубчатой муфте для единиц рельсового подвижного состава, которая соединяет вал тягового двигателя с валом шестерни редуктора и служит для передачи тягового усилия от двигателя к колесной паре или тормозного усилия от колесной пары к двигателю при торможении.
Тяговый двигатель укреплен на кронштейнах рамы тележки и полностью подрессорен вместе с ней на буксовых рессорах. Редуктор же укреплен на оси колесной пары. Вследствие этого в процессе движения вагона и при просадке буксовых рессор валы тягового двигателя и редуктора смещаются в пространстве один относительно другого. Вследствие этого возможно только шарнирное соединение валов, для чего и используются зубчатые муфты, к которым применяется повышенные требования. Данное соединение должно обеспечивать свободу этих перемещения, при этом конструкция муфты должна обеспечивать гашение возникающих при этом нагрузок, так как при неконтролируемом перемещении валов, а вместе с ними и деталей зубчатой муфты, ее детали могут разрушиться или быстро прийти в непригодность.
Из уровня техники известно техническое решение (WO 09527151 А1, опубл. 12.10.1995, МПК F16D 3/18), которое можно принять в качестве прототипа, раскрывающее зубчатую муфту, содержащую соединенные между собой по периметру два симметричных полукорпуса с торцевой стенкой и установленные внутри них с возможностью продольного и углового перемещения и передачи им посредством продольного зубчатого зацепления крутящего момента две внутренние втулки с множеством продольных сквозных отверстий, а также пружины, компенсирующие указанного продольного и углового перемещения, выполненные между указанными внутренними втулками опорный узел и кольцевой герметизирующий элемент, препятствующий вытеканию смазочной жидкости. Однако, пружины, которые частично установлены в пазах, выполненных на торцевой стороне внутренних втулок, не обеспечивают достаточное противодействие возникающим силам указанного продольного и углового перемещения, то есть не имеют достаточные компенсирующие свойства, что повышает износ деталей зубчатой муфты и снижает надежность ее работы, а, следовательно, и длительность работы без ремонта.
Таким образом, технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание зубчатой муфты с пониженным износом и повышенной надежностью работы за счет гашения нагрузок, действующих на ее элементы и возникающих в процессе ее работы при указанных продольном и угловом перемещениях внутренних втулок и полукорпусов.
Технический результат заключается в понижении износа зубчатой втулки и повышении ее ресурса за счет снижения нагрузок, действующих на ее элементы при указанных продольном и угловом взаимных перемещениях внутренних втулок и полукорпусов.
Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в зубчатой муфте, содержащей соединенные между собой по периметру два симметричных полукорпуса с торцевой стенкой и установленные внутри них с возможностью продольного и углового перемещения и передачи им посредством продольного зубчатого зацепления крутящего момента две внутренние втулки с множеством продольных сквозных отверстий, а также пружинные компенсаторы указанного продольного и углового перемещения, выполненный между указанными внутренними втулками опорный узел и кольцевой герметизирующий элемент, препятствующий вытеканию смазочной жидкости, каждый пружинный компенсатор содержит палец с фиксатором и с головками на его концах, установленный в одном из указанных продольных сквозных отверстий, а также две пружины, установленные на указанном пальце по разные стороны продольного сквозного отверстия.
При этом головки пальца имеют полусферическую форму и разный диаметр, меньший из которых не больше диаметра указанного отверстия, причем полусферическая головка большего диаметра контактирует с торцевой стенкой полукорпуса, а полусферическая головка меньшего диаметра контактирует с опорным узлом и снабжена указанным фиксатором.
Причем пружина компенсатора со стороны торцевой стенки полукорпуса выполнена с возможностью входа в углубление на торцевой стенке внутренней втулки, а фиксатор пружин выполнен в виде стопорной шайбы с прорезью.
В предпочтительном варианте, опорный узел содержит два опорных кольца в виде отдельных деталей, установленных таким образом, что пальцы разных внутренних втулок контактируют с разными опорными кольцами.
На фиг. 1 представлено объемное изображение предлагаемой зубчатой муфты;
на фиг. 2 - конструкция пружинного компенсатора;
на фиг. 3 - разрез зубчатой муфты под нагрузкой.
Предлагаемая зубчатая муфта 1 (см. фиг. 1) содержит два симметричных полукорпуса 2, преимущественно в виде полых цилиндров, с фланцами 3 для соединения их между собой на одной концевой части, например, по периметру посредством множества болтовых соединений 4, и с торцевой стенкой 5 в виде внутреннего кольца - на другой. Внутри указанных полукорпусов 2 соосно, на расстоянии друг от друга, установлены две внутренние втулки 6, между которыми выполнен опорный узел, содержащий два отдельных опорных кольца 7. Внутренние втулки 6 предназначены для крепления в них соответствующих валов, например, вал тягового двигателя и вала шестерни редуктора. Указанные опорные кольца 7 установлены перпендикулярно оси вращения «х» зубчатой муфты 1 и симметрично относительно плоскости соединения указанных фланцев 3 полукорпусов 2. Причем опорные кольца 7 неподвижно зафиксированы в выполненных по периметру внутренней поверхности иолу корпусов 2 канавках 8. Таким образом, каждая внутренняя втулка 6, по существу, расположена между одним из опорных колец 7 и торцевой стенкой 5 одного из полукорпусов 2, и содержит, по меньшей мере, часть, имеющую больший диаметр, чем внутренний диаметр внутренних втулок 6 и внутреннего диаметра торцевой стенки 5 полукорпусов.
Для передачи крутящего момента от вала или стопорения в указанном промежутке между опорным кольцом 7 и торцевой стенкой 5, на внешней поверхности вну тренних втулок 6 и внутренней поверхности полукорпусов 2 выполнены взаимодействующие между собой продольные зубцы 9 и 10, образуя зубчатое зацепление, в котором указанные продольные зубцы 9 и 10 имеют возможность перемещения друг относительно друга в продольном направлении.
Между указанными внутренними втулками 6 и торцевыми стенками 5 полукорпусов 2 имеется зазор, который закрыт кольцевым герметизирующим элементом 11. Кольцевой герметизирующий элемент 11 выполнен упругим, то есть способным подстраиваться, не разрушаясь, под перемещения внутренней втулки 6 относительно торцевой стенки 5, например, в виде металлической гофры, или выполнен из упругого материала. Указанный кольцевой герметизирующий элемент 11 закреплен по периметру через прижимное кольцо 12 торцевой стенки 5 и прижимное кольцо 13 внутренней втулки 6 посредством множества крепежных элементов 14.
Между фланцами 3 полукорпусов 2 установлена прокладка 15, которая вместе с указанным кольцевым герметизирующим элементом 11, предотвращает вытекания смазочной жидкости из внутреннего пространства зубчатой муфты 1.
Внутренние втулки 6 по периметру снабжены множеством продольных сквозных отверстий 16 и пружинных компенсаторов 17 указанного продольного и углового перемещения. Для упрощения, далее будет раскрываться конструкция одного из сквозных отверстий 16 в сочетании с одним из пружинных компенсаторов 17 одной внутренней втулки 6. Стоит учесть, что количество сквозных отверстий 16 может быть больше, чем количество пружинных компенсатор 17, но наличие сквозного отверстия 16 без пружинного компенсатора 17 никак отрицательно не скажется на работе зубчатой муфты 1.
Пружинный компенсатор 17 (см. фиг. 2) содержит палец 18, установленный с зазором в указанном сквозном отверстии 16, размещенные на пальце 18 с разных сторон от сквозного отверстия 16 две пружины 19 и 20 и фиксатор 21. Установка двух пружин 19 и 20 с разных сторон сквозного отверстия 16 позволяет противодействовать возникающим при перемещение внутренней муфты 6 силам во всех направлениях и вернуть ее в среднее положение. Указанный палец 18 содержит на своих концах головки 22 и 23 и установлен таким образом, что указанные головки и часть пальца 18 выступает с каждой стороны от указанного сквозного отверстия 16 на такую длину, чтобы между головками 22 и 23 и сквозным отверстием 16 возможно было установить с поджатием пружины 19 и 20, а, следовательно, в области указанных головок 22 и 23 и пружин 19 и 20 должно быть необходимое пространство под них. Предпочтительно, головки 22 и 23 пальца 18 имеют полусферическую форму и разный диаметр, причем диаметр меньшей головки 23 не больше диаметра указанного сквозного отверстия 16. Причем головка 22 большего диаметра контактирует с торцевой стенкой 5 полукорпуса 2, а головка 23 меньшего диаметра контактирует с опорным кольцом 7 и снабжена указанным фиксатором 21. Головка 22 большего диаметра и фиксатор 21 имеют большие диаметр, чем соответствующие пружины 19 и 20, диаметр которых больше диаметра сквозного отверстия 16, что позволяет надежно фиксировать пружинный компенсатор 17 и его элементы на своих рабочих местах. Полусферическая форма головок 22 и 23 обусловлена тем, что при угловом перемещении внутренней втулки 6 относительно полукорпуса 2, когда палец 18 также будет менять угол относительно торцевой стенки 5 полукорпуса 2 и опорным кольцом 7, полусферическая форма головок 22 и 23 позволит компенсировать это перемещение.
В одном из вариантов, внутренняя втулка 6 со стороны торцевой стенки 5 полукорпуса 2 содержит смежное со сквозным отверстием 16 углубление 24, в которое частично установлена пружина 19. Указанное углубление 24 выполнено большего диаметра, чем диаметр сквозного отверстия 16.
Для установки пружинного компенсатора 17 на свое рабочее место используется указанный фиксатор 21, который выполнен в виде стопорной шайбы 25 с прорезью 26, которая внутри содержит пустоту в форме головки 23, причем прорезь 26 выполнена такой формы и размера, чтобы шайбу 25 можно было надеть через нее па палец 18.
Для контроля и замены смазочной жидкостью зубчатой муфты 1 в полукорпусах 2 предусмотрено, по меньшей мере, одно заправочное отверстие 27, закрытое герметичной пробкой 28. Также для упрощения сборки зубчатой муфты 1 на внутренних втулках 6 выполнены множество технологических отверстий 29, для которых предусмотрены заглушки 30.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Тяговый двигатель укреплен на кронштейнах рамы тележки и полностью подрессорен вместе с ней на буксовых рессорах, а редуктор же укреплен на оси колесной пары (на фигурах не показано).
При этом в нейтральном положении (см. фиг 1 и 2) без нагрузки оси вращения валов тягового двигателя и редуктора (на фигурах не показаны), а, следовательно, и оси вращения элементов зубчатой муфты 1 находятся по существу на одной прямой, то есть их оси вращения совпадают и соответствуют оси «х». Пальцы 18 параллельны оси «х», а внутренние втулки 6 расположены на каком-то заданном расстояние друг от друга, которое может быть обеспечена либо одной из пружин 19 и 20, если в нейтральном положении одна из головок 22 и 23 находятся в соприкосновении соответственно с торцевой стенкой 5 полукорпуса 2 и с опорным кольцом.
В процессе движения вагона вал от тягового двигателя передает крутящий момент на одну из внутренних муфт 6, продольные зубцы 9 которой, взаимодействуя с продольными зубцами 10 полукорпуса 2, передают усилие на один из полукорпусов 2, а затем через второй полукорпус 2 и его зубчатое соединение со второй внутренней муфтой 6 на вал редуктора. Торможения соответственно происходит в обратном направлении, осуществляя передачу усилия от вала редуктора, направленного на замедление и/или остановку вращения зубчатой муфты 1 и, следовательно, вала двигателя.
Вместе с этим при движении и торможении состава и/или просадке буксовых рессор валы тягового двигателя и редуктора смещаются в пространстве один относительно другого (см. фиг. 3). В результате происходит перемещение и/или перекос внутренних втулок 6 относительно полукорпусов 2 и опорных колец 7. При этом головки 22 и 23 пальцев 18 контактируя с разным усилием соответственно с торцевой стенкой 5 полукорпуса 2 и с опорным кольцом 7, перемещаются по сквозным отверстиям 16, сжимаю в разной степени одну из пружин 19 и 20, разжимая при этом другую. Ответная сила от одной из сжатых пружин 19 или 20 противодействует возникшим усилиям, возникшим при смещении валов, и, следовательно, продольному и угловому перемещению внутренних втулок 6, пытаясь вернуть их в исходное нейтральное положение. Закономерно, что при продольном перемещении внутренней втулки 6 сжиматься будут пружины 19 и 20 только с одной стороны от сквозных отверстий 16, например, пружины 20, а при угловом перемещении (перекосе) - одни пружины 20 будут сжиматься, а другие пружины 20 - разжиматься.
При этом, угловое перемещение внутренних втулок 6 может повлечь за собой угловое перемещение пальцев 18, что компенсируется полусферической формой головок 22 и 23 и избежать разрушения их или пальца 18 в целом. Кроме этого, за счет установки пальцев 18 в сквозных отверстиях 16 с зазором, закладывается люфт, который позволяет исключить их угловое перемещение при начальном (незначительном) угловом перемещении внутренних втулок 6.
Полезная модель позволяет улучшить гашение усилий и смягчить их постоянное или ударное воздействие при соприкосновении внутренних втулок с другими элементами зубчатой втулки, тем самым понизить износ зубчатой втулки и увеличить продолжительность ее работы без ремонта и повысить надежность ее работы. При этом предложенная конструкция зубчатой втулки оставляет собой возможность ее разбора для ремонта.