УПРУГО-ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФРИКЦИОННАЯ МУФТА

Предлагаемая полезная модель относится к упругим пневматическим фрикционным муфтам, предназначенным для передачи вращающего момента от одного вала к другому и одновременной компенсации несоосности и других незначительных погрешностей расположения соединяемых валов, и может быть использована, например, в силовых судовых установках.
В машиностроении для соединения и разобщения валов машин и механизмов известно использование упругих шинно-пневматических муфт с резинокордными баллонами [Поляков B.C., Барбаш И.Д. Н., Ряховский О.А., Справочник по муфтам, Л., Машиностроение, 1979, с. 180, рис. V. 1].
Величина передаваемого муфтой вращающего момента при установленном внутреннем давлении сжатого воздуха обеспечивается определенными размерами баллона и муфты. Необходимость повышения несущей способности обычно решается размещением в муфте двух и более резинокордных баллонов или увеличением их размеров, что, в свою очередь, приводит к увеличению габаритных размеров муфты в целом. В условиях стесненности размещения валопровода в судовых установках такое решение является существенным недостатком.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является комбинированная упруго-разобщительная муфта, сочетающая свойства шинно-пневматической муфты со съемным упругим резинокордным баллоном и упругой муфты с торообразной резинокордной оболочкой [Поляков B.C., Барбаш И.Д. Н., Ряховский О.А., Справочник по муфтам, Л., Машиностроение, 1979, с. 180, рис. V.1]. В известной муфте резинокордный шинно-пневматический баллон размещен между наружным ободом и внутренним барабаном трения, при этом наружный обод 1 и внутренний барабан трения 2 установлены на внутренних фланцах и ступицах ведущего и ведомого валов. Вращающий момент в муфте передается с ведущей полумуфты на ведомый барабан шинно-пневматической муфты через съемный резинокордный баллон. Ступица ведомого вала не имеет жесткой связи с самим валом, а соединяется с ним посредством двух резинокордных оболочек. При этом мощность, передаваемая ведомому валу, раздваивается: через каждую торообразную оболочку передается приблизительно половина ее величины, что не позволяет обеспечить передачу значительного вращающего момента только одним баллоном шинно-пневматической муфты без увеличения его габаритов. Прототип не снабжен узлом, обеспечивающим замыкание барабана трения с ведомым валом при подаче сжатого воздуха во внутреннюю полость резинокордного баллона. Также в прототипе не обеспечивается постоянство касательных напряжений в резине при действии вращающего момента. При этом существенно снижается нагрузочная способность и эксплуатационная надежность конструкции.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели состоит в повышении нагрузочной способности муфты.
Технический результат достигается тем, что известная упруго-механическая муфта, включающая упругий резинокордный шинно-пневматический баллон 3, размещенный между наружным ободом 1 с внутренним барабаном трения 2, установленных на внутренних фланцах и ступицах ведущего и ведомого валов, дополнительно снабжена узлом, обеспечивающим замыкание барабана трения с ведомым валом при подаче сжатого воздуха во внутреннюю полость резинокордного баллона, и состоящий из упругого тарельчатого резинокордного элемента 8, наружные и внутренние кольцевые борта которого зафиксированы со стороны торцевых выступов наружного обода 4 и внутреннего фланца 9 ведомого вала 17 прижимными кольцами 10, 11 и крепежными элементами (болтами), спаренных резинометаллических элементов 7 и кольцевой плавающей опоры 6, установленной на ведомом валу, при этом спаренные резинометаллические элементы жестко смонтированы на ребре жесткости барабана трения в месте расположения плавающей опоры.
Для достижения технического результата предпочтительно, чтобы усилие затяжки крепежных элементов, ширина и толщина прижимных колец 10 и 11 были выбираны из условия обеспечения сжатия реборд бортов упругого тарельчатого элемента 8 не более, чем на 1/3 их первоначальной толщины.
Для достижения технического результата желательно, чтобы спаренные резинометаллические элементы были выполнены в виде резиновых дисков или колец 7а, связанных с внешними 7б и внутренними 7в наружными металлическими дисками или кольцами, соответственно, например, вулканизацией, и обеспечивающие постоянство касательных напряжений в резине при действии вращающего момента.
Для достижения технического результата целесообразно, чтобы контактирующие между собой поверхности в спаренном резинометаллическом элементе были выполнены переменного сечения, например, коническими.
Для достижения технического результата рекомендуется резинокордный шинно-пневматический баллон 3 выполнять бесколодочным, а по внутреннему протектору 3б облицовать фрикционным теплостойким асбокаучуковым слоем 3в с коэффициентом трения по стали материала барабана 2 не менее f=0,4.
Для достижения технического результата допускается, чтобы каркас 3г упругого резинокордного шинно-пневматического баллона и каркас 8а упругого тарельчатого резинокордного элемента были выполнены из синтетических кордов или из металлических кордов, и бортов 8б, 8в.
В отличие от прототипа вместо двух торообразных резинокордных оболочек внутри барабана трения муфта снабжена спаренными резинометаллическими упругими элементами с резиновыми дисками переменного сечения, позволяющими ступице барабана не иметь жесткой связи с ведомым валом, благодаря введению в конструкцию муфты плавающейопоры, обеспечивающей возможность компенсации различных смещений осей соединяемых муфтой валов.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что муфта содержит три несущих упругих элемента: основной резинокордный шинно-пневматический баллон и два дополнительных: тарельчатый резинокордный элемент и спаренные резинометаллические элементы с резиновыми дисками переменного сечения, через которые замыкаются оба вала при подаче сжатого воздуха во внутреннюю полость резинокордного баллона, с последующим выбором зазора между баллоном и барабаном трения, и обеспечивают, тем самым, передачу вращающего момента.
Таким образом, предлагаемая конструкция муфты обеспечивает передачу мощности: шинно-пневматическим баллоном, тарельчатым элементом и спаренными резинометаллическими упругими элементами с резиновыми дисками переменного сечения.
Плавное регулирование внутреннего давления сжатого воздуха в шинно-пневматическом баллоне позволяет изменять его радиальную и осевую жесткости и перераспределять нагрузку от передаваемого момента между несущими элементами (баллоном, тарельчатым упругим элементом и спаренными резинометаллическими элементами с резиновыми дисками), тем самым обеспечив повышение нагрузочной способности, срока службы и эксплуатационной надежности муфты.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлено схематическое изображение заявляемой конструкции упруго-пневматической фрикционной муфты.
Упруго-пневматическая фрикционная муфта представляет собой комбинированную конструкцию, содержащую элементы шинно-пневматической муфты, упругий тарельчатый элемент и спаренныерезинометаллические упругие элементы с резиновыми дисками переменного сечения.
Элементы шинно-пневматической муфты включают в себя наружный обод 1, соединенный с диском наружного обода 4 и фланцем 5 ведущего вала 16 с помощью болтов, внутренний барабан трения 2 и размещенный между ними упругий резинокордный шинно-пневматический баллон 3.
Резинокордный шинно-пневматический баллон 3 бесколодочного исполнения (в отличие от баллона, снабженного фрикционными колодками) по внутреннему протектору 3б облицован фрикционным теплостойким асбокаучуковым слоем 3в с коэффициентом трения по стали материала барабана 2 не менее f=0,4, что обеспечивает его большую эластичность, облегчает монтаж и обслуживание муфты, повышает эксплуатационную надежность.
По наружному диаметру упругий шинно-пневматический баллон 3 крепится к наружному ободу 1 ведущей части муфты винтами 13, которые ввинчиваются в завулканизированные в наружном протекторе 3а баллона металлические планки 14.
Каркас 3г резинокордного шинно-пневматического баллона, а также каркас 8а упругого тарельчатого элемента могут быть изготовлены из синтетических кордов, а для конструкций муфт, обеспечивающих передачу повышенных вращающих моментов, - предпочтительно, из металлического корда, и бортов элементов 8б, 8в.
В предлагаемой конструкции упруго-пневматической фрикционной муфты внутренний барабан трения 2 не имеет жесткой связи с ведомым валом 17. Такая связь при подаче сжатого воздуха во внутреннюю полость резинокордного баллона 3 обеспечивается благодаря введению в конструкцию муфты кольцевой плавающей опоры 6, спаренных резинометаллических элементов 7 и упругого тарельчатого резинокордного элемента 8.
Кольцевая плавающая опора 6, обеспечивающая связь внутреннего барабана трения 2 с ведомым валом 17, выполнена из стали и установлена на ведомый вал 17. Место расположения плавающей опоры 6 на ведомом валу 17 привязано к месторасположению спаренных резинометаллических элементов: спаренные резинометаллические элементы жестко закреплены на ребре жесткости барабана трения в месте расположения плавающей опоры.
Спаренные резинометаллические элементы 7 выполнены в виде резиновых колец или дисков 7а, связанных вулканизацией с внешними 7б и внутренними 7в металлическими кольцами или дисками, соответственно, что позволяет обеспечивать постоянство касательных напряжений в резине при действии вращающего момента. Спаренные резинометаллические элементы 7 жестко связаны с внутренним ребром жесткости 2а барабана трения 2. Для повышения нагрузочной способности муфты увеличивают площадь контакта резины с металлом, выполняя контактирующие поверхности наружных и внутренних колец переменного сечения, например, конической. При сближении колец до соприкосновения их торцов с ребром жесткости 2а барабана трения в резине дисков возникает предварительное напряженное состояние, что способствует уменьшению напряжений в резине, и повышает срок службы муфты.
Упругий тарельчатый резинокордный элемент 8 соединен, в свою очередь, внутренним кольцевым бортом 8б с фланцем 9 ведомого вала, а наружным кольцевым бортом 8в, соответственно, с торцевым выступом наружного обода 1 муфты.
Причем, упругий тарельчатый элемент 8 зажат болтами в установленном положении по наружному кольцевому борту 8в прижимным кольцом 10 и, соответственно, по внутреннему кольцевому борту 8б прижимным кольцом 11.
Усилие затяжки крепежных элементов, например, болтов, ширина и толщина прижимных колец 10 и 11 выбираются из условия обеспечения сжатия бортов 8б, 8в упругого тарельчатого резинокордного элемента 8 не более, чем на 1/3 их первоначальной толщины.
При подаче во внутреннюю полость резинокордного шинно-пневматического баллона 3 под давлением сжатого воздуха через металлический ниппель 12 баллон расширяется, за счет чего выбирается радиальный зазор S между баллоном и внутренним барабаном трения 2 ведомой части муфты.
Сжатый воздух в резинокордный баллон 3 муфты подводится по воздухопроводу 15 обычным способом, применяемым для шинно-пневматических муфт.
Для облегчения замены шинно-пневматического баллона и упругого тарельчатого элемента муфты непосредственно на объекте эксплуатации, данные детали (шинно-пневматический баллон и упругий тарельчатый элемент муфты) могут быть изготовлены в виде съемно-разъемной конструкции.
После выбора радиального зазора S между резинокордным шинно-пневматическим баллоном 3 и внутренним барабаном трения можно плавным регулированием внутреннего давления сжатого воздуха изменять крутильно-жесткостные характеристики баллона, а также, соответственно, повышать нагрузочную способность муфты (передаваемый вращающий момент).
В случае выхода из строя упругого тарельчатого резинокордного элемента 8 функцию передачи вращающего момента от ведущей части муфты на ведомую аварийно полностью обеспечивает упругий резинокордный шинно-пневматический баллон 3 и спаренные резинометаллические элементы 7 с резиновыми дисками (два диска) переменного сечения.
В случае разрушения упругого резинокордного шинно-пневматического баллона или аварийного выхода из строя системы подачи сжатого воздуха через устройство с невозвратным клапаном и дальнейшей невозможности включения-выключения муфты, передача вращающего момента от ведущего вала на ведомый осуществляется упругим тарельчатым элементом, замкнутым в 7единый контур через наружный обод 1 шинно-пневматической части муфты предлагаемой конструкции.
И, наконец, в случае выхода из строя (разрушения) одного или обоих спаренных резинометаллических элементов 7 (нарушения их целостности, отслоения массива резиновых дисков от наружных и внутренних колец и др.) передачу вращающего момента аварийно обеспечивает упругий тарельчатый элемент, замкнутый в единый контур части шинно-пневматической конструкции муфты.
Одновременное включение в работу упругого резинокордного шинно-пневматического баллона, упругого резинокордного тарельчатого элемента и спаренных резинометаллических упругих элементов с резиновыми дисками переменного сечения позволяет перераспределять между ними нагрузку от передаваемого момента, и, за счет этого, повысить нагрузочную способность муфты, выполненной в меньших размерах.
Заявляемая упруго-пневматическая муфта ремонтопригодна и проста в обслуживании.
Расчет конструкции предлагаемой полезной модели изделия и опыт эксплуатации ее основных частей (резинокордных баллонов шинно-пневматических муфт, упругих тарельчатых элементов, по конструкции близких к торообразным оболочкам, и резинометаллических упругих элементов муфт, показал ее работоспособность в широком диапазоне передаваемых мощностей и в условиях повышенных частот колебаний валопровода судовых установок с возможностью обеспечения и регулирования упругодемпфирующих характеристик.