УПРУГАЯ МУФТА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно: к железнодорожному машиностроению и может быть использована при конструировании элементов подвижного состава.
Известна упругая муфта, содержащая две полумуфты и упругий вибродемпфирующий элемент, выполненный в виде колец, внутри которых размещен полиуретан, и закрепленный на ступице одной из полумуфт с помощью стопорного кольца, а с другой полумуфтой связанный посредством резьбовых штифтов (RU 2285827). Известная муфта может быть использована для снижения уровня шума различных трансмиссий, однако она имеет низкую эксплуатационную надежность.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является известная упругая муфта, состоящая из ведущей полумуфты, предназначенной для размещения на ведущем валу, ведомой полумуфты, предназначенной для размещения на ведомом валу и охватываемой ведущей полумуфтой, упругого кольцеобразного элемента из эластичного материала и элемента, фиксирующего ведомую полумуфту (ЕА 010559 - прототип).
Известная муфта содержит упругий кольцеобразный дисковый элемент из эластичного материала, боковая поверхность которого выполнена в виде круглого цилиндра. Материал, из которого изготовлен упругий кольцеобразный дисковый элемент, в ЕА 010559 не конкретизируется, указывается только общее понятие: «резиновый». Как следует из описания изобретения по ЕА 010559, в связи с низкой прочностью упругого дискового резинового элемента работа муфты часто сопровождается его разрушениями. С целью повышения эксплуатационной надежности, на аксиальном расстоянии от упругого дискового резинового элемента между полумуфтами расположен, по меньшей мере, один направляющий подшипник качения для направления полумуфт при выходе из строя резинового дискового элемента. Однако использование подшипников качения не решает проблему надежности муфты, т.к. касается только ее работы в уже наступившей аварийной ситуации. При этом использование подшипников качения усложняет обслуживание муфты, т.к. для обеспечения работоспособности подшипников качения требуется регулярное проведение дополнительных технологических, в том числе, профилактических мероприятий.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в повышении эксплуатационной надежности муфты.
Указанный технический результат достигается тем, что в упругой муфте, состоящей из ведущей полумуфты, предназначенной для размещения на ведущем валу, ведомой полумуфты, предназначенной для размещения на ведомом валу и охватываемой ведущей полумуфтой, упругого кольцеобразного элемента из эластичного материала и элемента, фиксирующего ведомую полумуфту, упругий кольцеобразный элемент выполнен из материала на основе полиметилвинилсилоксана и имеет боковую поверхность в виде катеноида.
Элемент, фиксирующий ведомую полумуфту, может быть выполнен различно, например, в виде шайбы, которая служит упором для прижимного болта, при помощи которого обеспечиваются необходимый натяг конусной посадки и удержание муфты на конусном валу генератора в случае разрыва упругого кольцеобразного элемента.
Для уменьшения трения между ступицей ведомой полумуфты и ведущей полумуфтой в момент экстренной остановки (заклинивания) генератора предусмотрены втулки скольжения или подшипники качения.
На фиг.1 представлена схема упругой муфты для соединения двух валов по предлагаемой полезной модели. Передача крутящего момента происходит через эластичный узел, состоящий из ведущей полумуфты 1 (полумуфты крепления фланца карданного вала) и ведомой полумуфты, состоящей из ступицы 2 и кольца крепления 4. Ведущая и ведомая полумуфты соединены через упругий кольцеобразный элемент 3, имеющий боковую поверхность в виде катеноида. Элемент, фиксирующий ведомую полумуфту, в данном случае выполнен в виде упорной шайбы 5.
Упругий кольцеобразный элемент выполнен из материала на основе полиметилвинилсилоксана. Экспериментально было доказано, что наибольшей долговечностью при эксплуатации в условиях работы упругих муфт для соединения валов имеют материалы на основе полисилоксанов. Все полисилоксаны имеют большой мольный объем, что сказывается на их сжимаемости и каучукоподобных свойствах, которые особенно проявляются при образовании трехмерной сетки. Среди других полисилоксанов полиметивинилсилоксан выделяется низкой остаточной деформацией; он обладает высокой устойчивостью к кислороду и озону, маслам, минеральным смазкам, спиртам, воде (до 100°С), гидравлическим жидкостям. Материалы на основе полиметилвинилсилоксана являются широко известными в машиностроении и имеют самый широкий диапазон рабочих температур, который составляет от - 60 до 200°С, причем при кратковременном воздействии выдерживают до 230°С. Для изготовления упругого кольцеобразного элемента согласно предлагаемой полезной модели в качестве материала на основе полиметилвинилсилоксана могут быть использованы любые промышленные материалы, в качестве полимерной основы содержащие полиметивинилсилоксан, например, широко используемый промышленностью материал VMQ/MVQ, состоящий на 40 мас.% из полиметилвинилсилоксана и включающий 33 мас.% содержащего сажу наполнителя, 20 мас.% пластификатора на основе полимеров эфиров фталевой кислоты, а также стабилизаторы, пигменты, структурообразователи, ускорители, антипирены и др. целевые добавки.
Экспериментально было доказано, что при использовании полиметилвинилсилоксана в качестве основы материала упругого кольцеобразного элемента из эластичного материала для обеспечения максимального срока его службы необходимо, чтобы форма упругого кольцеобразного элемента соответствовала следующему условию: его боковая поверхность должна быть выполнена в виде катеноида. Упругий кольцеобразный элемент имеет, в соответствии с вышеуказанным условием, внешний диаметр, изменяющийся по строго определенному условию. Внешняя поверхность в форме катеноида (поверхности вращения цепной линии) обеспечивает прочность, поскольку в каждой точке катеноидной конструкции противодействующие силы напряжения и сжатия находятся в равновесии. Катеноид обладает уникальным свойством: любая его часть имеет площадь поверхности, меньшую, чем всякая другая поверхность, ограниченная тем же контуром. Катеноидная форма боковой поверхности максимально увеличивает длительность эксплуатации упругого элемента, не требуя использования большего количества материала и соответствующего увеличения массы.
В результате сравнительных экспериментов было установлено следующее.
В упругой муфте по прототипу при нагрузках, возникающих во время старта и торможения при низкой температуре окружающей среды, происходит отслоение упругого кольцеобразного элемента или разрыв резиновой буксы в момент остановки (заклинивания) генератора. Высокая упругость и низкая пластичность резины смягчает передачу крутящего момента на генератор во время старта, но вызывает резкий возвратный момент при снижении нагрузки. В момент экстренной остановки (заклинивания) генератора, происходит разрыв резины, вращение ведущей полумуфты, создавая вибрацию, биение, которые разрушают шлицы компенсатора длины и подшипники крестовин карданного вала.
Только при указанной форме упругого кольцеобразного элемента и при выполнении его из материала на основе полиметилвинилсилоксана удалось достичь эксплуатационной надежности муфты. Выполнение боковой поверхности упругого кольцеобразного элемента в виде катеноида позволяет значительно увеличить его прочность и долговечность. Благодаря оптимальному соотношению показателей пластичности и эластичности материала на основе полиметилвинилсилоксана смягчается передача крутящего момента на генератор в момент старта и остановки, гасится возвратный момент при снижении нагрузки. Выполнение боковой поверхности упругого кольцеобразного элемента в виде катеноида позволило снизить общую массу муфты (до 21,6 кг по сравнению с 24 кг по прототипу), что снижает общую нагрузку муфты на узел соединения и также повышает надежность ее эксплуатации.