ЖЕСТКАЯ ФЛАНЦЕВАЯ МУФТА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ СООСНЫХ ВАЛОВ

Полезная модель относится к области машиностроения, а точнее к муфтовым соединениям соприкасающихся торцами валов, предназначенным для передачи крутящего момента.
Известна жесткая фланцевая муфта для соединения валов, см. а.с. СССР №182995, М. кл. F16D 1/00, заявл. 30.09.1964 г., опубл. 09.06.1966 г.
Эта муфта содержит две полумуфты с зубьями треугольного профиля на торцах их фланцев, при этом зубья одной полумуфты смещены относительно зубьев другой полумуфты.
Крутящий момент передается одной профильной поверхностью зубьев, а другая выполнена с зазором.
Недостаток известной конструкции муфты заключается в том, что между профилями зубьев имеется зазор. Для тяжелонагруженных муфт такой зазор приведет к быстрой потере работоспособности всей муфты, то есть к снижению ее надежности и долговечности, что особенно важно при реверсивной работе, характерной для ряда прокатных станов.
Другим недостатком известной конструкции муфты является то, что для смещения профилей зубьев одной полумуфты относительно другой требуется дополнительный инструмент и дополнительная подналадка оборудования в процессе обработки.
Из известных жестких фланцевых муфт для соединения соосных валов наиболее близкой по технической сущности является муфта, описанная в патенте РФ №2269691, МПК F16D 1/033, В21В 35/14, заявл. 13.05.2004 г., опубл. 10.02.2006 г.
Эта жесткая фланцевая муфта для соединения соосных валов содержит расположенные на общей оси две полумуфты с зубьями треугольного профиля на торцах фланцев. Зубья выполнены с геометрическими параметрами, связанными определенными аналитическими зависимостями.
Недостатком известной конструкции жесткой фланцевой муфты для соединения соосных валов является недостаточная надежность и долговечность из-за больших распорных усилий, воспринимаемых полумуфтами. Большие распорные усилия требуют большого количества болтов для компенсации этих усилий, что отрицательно сказывается на производительности, так как при разборке увеличивается вспомогательное время на их отвинчивание и завинчивание и растут простои оборудования, в котором используются эти муфты.
Другим недостатком известной конструкции жесткой фланцевой муфты является трудоемкость изготовления зубьев треугольной формы, так как для их изготовления требуется специальный режущий инструмент увеличенных размеров.
Кроме того, недостатком известной конструкции является значительных ход расцепляемых фланцев, что пропорционально увеличивает длину подвижных деталей шпинделя, в котором используется жесткая фланцевая муфта. При значительной величине передаваемого крутящего момента возникают большие контактные напряжения в упомянутых подвижных деталях шпинделя, что приводит к частым остановкам агрегата для замены изношенных деталей и в итоге к снижению производительности агрегата.
Задача настоящей модели состоит в создании жесткой фланцевой муфты, позволяющей повысить надежность и долговечность за счет уменьшения распорных усилий между полумуфтами, увеличить производительность прокатного стана за счет уменьшения вспомогательного времени на расцепление фланцев и уменьшить трудоемкость ее изготовления.
Поставленная задача достигается тем, что в жесткой фланцевой муфте для соединения соосных валов, содержащей две полумуфты с симметричными зубьями на торцах их фланцев, согласно полезной модели, зубья выполнены с трапецеидальными профилями, геометрические параметры которого связаны следующими аналитическими зависимостями:
где β - расчетный угол наклона вершин зубьев треугольного профиля, усеченной частью которого является трапецеидальный профиль в сечении, проходящем через ось муфты и середину профиля зубьев и равный расчетному углу наклона впадин зубьев треугольного профиля;
φ - угол профиля зубьев в сечении, перпендикулярном теоретической линии впадин зубьев треугольного профиля;
α - угол профиля зубьев в сечении, параллельном оси муфты - вспомогательный расчетный параметр;
z - число зубьев на каждом торце полумуфты.
Такое конструктивное выполнение жесткой фланцевой муфты для соединения соосных валов позволяет повысить надежность и долговечность за счет уменьшения распорных усилий между полумуфтами и увеличить производительность прокатного стана за счет уменьшения вспомогательного времени на расцепление фланцев. Кроме того, предложенная конструкция жесткой фланцевой муфты позволяет уменьшить трудоемкость ее изготовления, так как для изготовления используется обычный режущий инструмент.
Для пояснения полезной модели ниже приводится конкретный пример выполнения полезной модели со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 - изображена жесткая фланцевая муфта для соединения соосных валов;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - схема взаимосвязи углов α, β, φ.
Жесткая фланцевая муфта для соединения соосных валов содержит расположенные на общей оси 1 две полумуфты 2, 3 с наружными цилиндрическими поверхностями 4 и с зубьями 5 трапецеидального профиля на торцах их фланцев 6. Зубья 5 трапецеидального профиля выполнены с геометрическими параметрами, связанными следующими аналитическими зависимостями:
где: β - расчетный угол наклона вершин зубьев треугольного профиля, усеченной частью которого является трапецеидальный профиль в сечении, проходящем через ось муфты и середину профиля зубьев и равный расчетному углу наклона впадин зубьев треугольного профиля;
φ - угол профиля зубьев в сечении, перпендикулярном теоретической линии впадин зубьев треугольного профиля;
α - угол профиля зубьев в сечении, параллельном оси муфты - вспомогательный расчетный параметр;
z - число зубьев на каждом торце полумуфты.
Аналитическая зависимость взаимосвязей углов α, β, φ определяется следующим образом. Рассмотрим ΔВСО, ΔАВС, ΔАОВ (см. фиг.3):
тогда
Исходя из аналогичных зависимостей находим взаимосвязь углов α, β, 90/z:
из ΔABF  из ΔBFO
из ΔAOB  тогда BF=OB·tgβ;
α является величиной приблизительной, так как ΔABF и ΔAEF имеют незначительный наклон к образующей цилиндра жесткой фланцевой муфты ⌀D, при этом угол α не должен превышать двойного угла трения для материалов полумуфт, что позволяет устранить распорные усилия между контактирующими поверхностями.
Жесткая фланцевая муфта работает следующим образом. Крутящий момент передается боковыми поверхностями всех зубьев 5, при этом геометрия зацепления обеспечивает взаимное центрирование полумуфт 2, 3.
Геометрические линии впадин и вершин теоретического треугольного профиля пересекаются на оси обеих полумуфт 2, 3 в одной общей точке.
Взаимное центрирование двух полумуфт 2, 3 осуществляется за счет выполнения профилей зубьев 5 наклонными в двух плоскостях: в сечении, параллельном оси муфты - угол α; в сечении, проходящем через ось муфты - угол β.
Для вывода зубьев 5 из зацепления полумуфты 2, 3 достаточно сдвинуть по оси на незначительную величину, равную высоте зуба.
Предложенная конструкция жесткой фланцевой муфты для соединения соосных валов по сравнению с известными позволяет повысить надежность и долговечность за счет уменьшения распорных усилий между полумуфтами, увеличить производительность прокатного стана за счет сокращения времени на расцепление фланцев и уменьшить трудоемкость ее изготовления.