МУФТА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ
SHAFT COUPLING

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве муфты для соединения валов с несовпадающими осями и передачи вращательного движения и крутящего момента.
Известна (является аналогом) фланцевая муфта, см. Детали машин: Учебник для вузов / Л.А.Андриенко, Б.А.Байков, И.К.Ганулич и др.: 3-е издание, Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007, стр.477, рис.19.2, состоящая из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем, и болтов с гайками, предназначенных для соединения полумуфт. Часть болтов устанавливают в отверстиях полумуфт без зазора, а другую часть - с зазором. Болты, установленные без зазора, центрируют полумуфты и передают своим телом большую часть крутящего момента, а болты, установленные с зазором, стягивают полумуфты и передают за счет трения другую меньшую часть крутящего момента.
Муфта-аналог имеет ряд преимуществ, но имеет и недостатки. Фланцевая муфта применяется для соединения строго соосных валов, то есть не обладает компенсирующей способностью. Это является ее главным недостатком. Кроме того, она не способна гасить крутильные колебания.
Из известных технических решений наиболее близкой по технической сущности к заявляемой муфте является упругая муфта с резиновой конической шайбой, см. Детали машин: Учебник для вузов / Л.А.Андриенко, Б.А.Байков, И.К.Ганулич и др.: 3-е издание, Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007, стр.491-493, рис.19.16 и 19.17, состоящая из двух полумуфт, к которым винтами крепится резинометаллический упругий элемент. Эта муфта выбрана в качестве прототипа. Резинометаллический упругий элемент (см. рис.19.17) состоит из толстостенной резиновой детали (шайбы) с одинаковыми коническими торцами и двух металлических колец, каждое из которых имеет аналогичный торец, используемый для привулканизации к нему резиновой детали.
Эта муфта относится к упругим компенсирующим муфтам, которые в общем случае способны компенсировать радиальные, осевые и угловые погрешности расположения осей соединяемых валов. Упругая муфта с резиновой конической шайбой обладает низкой компенсирующей способностью. При этом осевые погрешности расположения осей валов она не компенсирует. Низкая компенсирующая способность этой муфты является главным ее недостатком, который ограничивает ее широкое применение в машиностроении. Кроме того, из-за конструктивных особенностей муфты-прототипа и неспособности этой муфты компенсировать осевые погрешности расположения соединяемых валов возникают сложности при монтаже элементов привода, в который она входит.
Задачами изобретения являются повышение компенсирующей способности муфты для соединения валов и упрощение монтажа элементов привода, в который она входит.
Поставленная задача достигается тем, что муфта для соединения валов снабжена упругим узлом, состоящим из стяжного устройства, колец с отверстиями и расположенных между ними тонкостенных кольцевых пружин, гибкую цилиндрическую деталь вдоль ее оси условно можно разделить на три части, крайние из которых предназначены для закрепления указанной детали на валах, а в отверстии средней части расположен упругий узел. Тонкостенные кольцевые пружины имеют на своих торцах цилиндрические участки, предназначенные для установки в отверстия колец, а стяжное устройство охватывает крайние кольца с отверстиями и предназначено для сборки упругого узла и предварительного сжатия тонкостенных кольцевых пружин. При этом в отверстии упругой цилиндрической детали кольца с отверстиями установлены без зазора, а тонкостенные кольцевые пружины - с зазором. Гибкая цилиндрическая деталь может быть выполнена из резины.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:
- на фиг.1 показана муфта для соединения валов, имеющая малые радиальные габариты;
- на фиг.2 показана муфта для соединения валов, имеющая средние или большие радиальные габариты;
- на фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1 для варианта муфты, в котором для передачи крутящего момента с гибкой цилиндрической детали на вал или наоборот используется штифт.
Муфта, показанная на фиг.1, имеет малые радиальные габариты и предназначена для передачи небольшого по величине крутящего момента, а муфта, показанная на фиг.2, имеет средние или большие радиальные габариты и предназначена для передачи средних по величине и больших крутящих моментов. Величина передаваемого крутящего момента также зависит от толщины гибкой цилиндрической детали.
Муфта для соединения валов 1 и 2, см. фиг.1, состоит из гибкой цилиндрической детали 3 (может быть резиновой) с соосным отверстием «Б», элементов крепления этой детали на валах и упругого узла. Гибкую цилиндрическую деталь 3 вдоль ее оси условно можно разделить на 3 части, крайние из которых предназначены для ее закрепления на валах, а в отверстии «Б» средней части расположен упругий узел. Элементы крепления гибкой цилиндрической детали 3 могут иметь различную конструкцию. Например, для муфты, показанной на фиг.1, используются клеммовые разъемные соединения, каждое из которых состоит из двух скоб 4 и, по меньшей мере, двух болтов 5 с гайками 6. Так как передача крутящего момента осуществляется силами трения, то для передачи большего момента можно увеличить ширину скоб и количество болтов с гайками, соединяющих скобы. Для этой же цели можно использовать штифт 7, см. фиг.3.
Элементы крепления для муфты, показанной на фиг.2, состоят из установленных на валах 1 и 2 (на фиг.2 не показан) с помощью шпоночных соединений (шпонка 8) полумуфт 9 с прижимными кольцами 10 и винтами 11. На каждом прижимном кольце 10, см. фиг.2, и каждой полумуфте 9 выполнены соответственно конические поверхности «В» и «Г», между которыми с помощью винтов 11 крепится крайняя часть гибкой цилиндрической детали 3.
Упругий узел состоит, см. фиг.1, из колец 12 с отверстиями «Д», тонкостенных кольцевых пружин 13, расположенными между кольцами 12, и стяжного устройства, которое может иметь различные конструкции. Тонкостенная кольцевая пружина 13, устанавливаемая между соседними кольцами 12, может быть выполнена в виде одной детали (см. фиг.1) или нескольких. На фиг.2 эта пружина состоит из двух деталей. В любом случае пружина с обоих торцов имеет цилиндрические участки «Е». На фиг.1 показано стяжное устройство, состоящее из двух одинаковых, круглых крышек 14, болта 15 с двумя гайками 16 и двух сферических шайб 17. Каждая крышка 14 имеет центрирующий поясок «Ж» и центральное сферическое отверстие «И», предназначенное для установки в него сферической шайбы 17.
Сборка муфты, показанной на фиг.1. Сначала собирается упругий узел. Под головку болта 15 устанавливается сферическая шайба 17, и болт с шайбой вводятся в сферическое отверстие «И» крышки 14, которую кладут на горизонтальную поверхность болтом вверх. На крышку устанавливается кольцо 12, отверстие «Д» которого центрируется по пояску «Ж» крышки. На кольцо 12 устанавливается тонкостенная кольцевая пружина 13, цилиндрический участок «Е» которой центрируется по отверстию «Д» кольца. Таким же образом собираются остальные кольца 12 и тонкостенные кольцевые пружины 13. Последней устанавливается вторая крышка. На ее сферическое отверстие «И» устанавливается сферическая шайба 17, и на резьбовой участок болта 15 навинчивается гайка 16. За счет вращения гайки 16 упругий узел предварительно сжимается до расчетной высоты, которая меньше расстояния между торцами соединяемых валов. Указанная расчетная высота должна еще учитывать сжатие (осадку) тонкостенных кольцевых пружин 13. Таким образом, стяжное устройство охватывает крайние кольца 12 и предназначено для сборки упругого узла и предварительного сжатия тонкостенных кольцевых пружин 13.
Далее, см. фиг.1, гибкая цилиндрическая деталь 3 с натягом устанавливается одним крайним участком на соединяемый вал. Две скобы 4 охватывают на указанном участке гибкую цилиндрическую деталь 3, а с помощью болтов 5 и гаек 6 последняя закрепляется на валу. В отверстие «Б» средней части гибкой цилиндрической детали 3 вводится упругий узел. При этом кольца 12 входят в отверстие «Б» с натягом, чтобы сохранять форму гибкой цилиндрической детали 3, а тонкостенные кольцевые пружины 13 - с зазором, который не позволяет дополнительно нагружать эти пружины из-за деформирования гибкой цилиндрической детали 3 при компенсации погрешностей расположения осей соединяемых валов.
Затем, см. фиг.1, в отверстие «Б» гибкой цилиндрической детали 3 вводится с натягом второй соединяемый вал 2, и аналогичным образом производится крепление гибкой цилиндрической детали 3 на валу. Несовпадение осей соединяемых валов компенсируется за счет высокой податливости гибкой цилиндрической детали 3 и упругого узла.
Муфта для соединения валов работает следующим образом. При включении двигателя во вращение приводится один из соединяемых валов. За счет трения вращение и крутящий момент передается на гибкую цилиндрическую детали 3, см. фиг.1. С нее также за счет трения вращение и крутящий момент передается на второй соединяемый вал.
Заявляемая муфта по сравнению с муфтой-прототипом обладает значительно большей компенсирующей способностью за счет высокой податливости гибкой цилиндрической детали и упругого узла. Для повышения компенсирующей способности необходимо увеличивать длину средней части гибкой цилиндрической детали, но это может вызвать потерю устойчивости указанной детали. Чтобы не было потери устойчивости указанной детали, нужен упругий узел, в состав которого входят кольца, установленные в отверстие гибкой цилиндрической детали с натягом, чтобы сохранять форму этой детали, и тонкостенные кольцевые пружины, установленные в отверстие гибкой цилиндрической детали с зазором, чтобы не снижалась их податливость. При этом кольца упругого узла должны быть подпружинены, так как ось гибкой цилиндрической детали из-за погрешностей расположения осей валов может быть пространственно изогнутой.
Заявляемая муфта упрощает сборку элементов привода, в который она входит, так как крепление на валах гибкой цилиндрической детали возможно в достаточно большом диапазоне вдоль оси.