УПРУГАЯ МУФТА ВАЛА С РАЗНЫМИ РЕЗИНОВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
FLEXIBLE COUPLING OF SHAFT WITH DIFFERENT RUBBER ELEMENTS

Изобретение относится к упругой муфте вала с механическими устройствами сопряжения с ведущей и ведомой сторон, каждое из которых предназначено для присоединения муфты к смежному элементу машины, причем муфта содержит, по меньшей мере, два расположенных друг за другом между устройствами сопряжения с ведущей и ведомой сторон упругих резиновых элемента, осевая толщина материала которых возрастает по мере увеличения радиального расстояния до средней оси муфты.
Такая муфта вала известна из публикации DE 19714420 А1 того же заявителя.
Упругие муфты валов описанного выше рода служат для гашения крутильных колебаний в трансмиссиях. Кроме того, они компенсируют радиальное и осевое смещения отдельных секций трансмиссии. Так, например, редуктор судна установлен, как правило, жестко, а дизельный двигатель - упруго. Обусловленное вибрациями и деформациями корпуса смещение двигателя компенсируется упругой муфтой вала, расположенной между двигателем и редуктором. Кроме того, упругая муфта вала гасит крутильные колебания, возникающие в системе.
Упругие резиновые элементы таких муфт имеют форму тела вращения, поверхность вращения которых имеет приблизительно V-образную форму. Благодаря такой геометрии осевая толщина материала резиновых элементов возрастает по мере увеличения радиального расстояния до средней оси муфты с целью обеспечения равномерного распределения напряжений внутри резинового элемента по всему его диаметру.
При выборе муфты для заданной трансмиссии отдельные коэффициенты крутильной жесткости и моменты инерции масс резиновых элементов и ограничивающих их с боков дисков являются существенными параметрическими значениями. Раньше для их конструктивного варьирования возрастание осевых толщин материала резиновых элементов изменяли, как и коэффициенты удельной жесткости. При этом, однако, осевые толщины материала резиновых элементов варьировали всегда в одинаковой степени, а это приводило к тому, что резиновые элементы постоянно казались зеркально-симметричными в зеркальной плоскости, перпендикулярной средней оси муфты. Поскольку и для обоих резиновых элементов всегда предусматривался один и тот же материал, это приводило в конце концов к тому, что коэффициенты крутильной жесткости отдельных резиновых элементов были приблизительно одинаковыми. Вытекающее из этого количество резины принималось как данность.
Однако количество резины является значительным фактором затрат на муфту. Для снижения ее стоимости в основе настоящего изобретения лежит задача уменьшения количества резины для муфты вала описанного выше рода с сохранением ее упругих свойств.
Этого удалось достичь неожиданным образом за счет того, что соответствующие резиновые элементы выполнены разными в отношении их крутильной жесткости, т.е. частного от деления скручивающего момента на угол кручения, а именно настолько разными, что крутильная жесткость одного резинового элемента всегда, по меньшей мере, в полтора раза больше крутильной жесткости другого резинового элемента.
Отказ от равенства крутильной жесткости отдельных резиновых элементов открывает новую степень свободы в расчете муфты. Это позволяет уменьшить требуемое общее количество резины. Соответствующее соотношение жесткостей зависит от всей системы «трансмиссия», так что общепринятое правило расчета неприменимо. Однако оказалось, что возможности экономии материала особенно велики тогда, когда жесткости отличаются друг от друга на коэффициент 3.
Индивидуальная крутильная жесткость резинового элемента зависит, с одной стороны, от коэффициента удельной жесткости, а с другой стороны, от осевой толщины материала резинового элемента. Для конструктивной реализации разных коэффициентов жесткости рекомендуется, прежде всего, варьировать осевые толщины материалов резиновых элементов, а именно таким образом, чтобы осевая толщина материала более мягкого резинового элемента при радиальном расстоянии всегда была, по меньшей мере, в полтора раза больше осевой толщины материала более твердого резинового элемента при таком же радиальном расстоянии до средней оси муфты. Выполненная таким образом муфта не имеет, следовательно, зеркальной плоскости по отношению к расположенным друг за другом резиновым элементам. Благодаря этой мере можно значительно сократить расход резины.
Этому эффекту экономии способствует максимально большая разность толщин материала. Так, особенно хорошие возможности экономии достигаются у муфт, один резиновый элемент которых радиально наружу всегда в три раза толще другого резинового элемента. Конкретное соотношение толщин материала зависит, однако, от остальных компонентов трансмиссии и их динамических характеристик, так что не существует общепринятых соотношений толщин материала. Однако описанные эффекты экономии ощутимы только при соотношении 1,5.
Кроме того, рекомендуется выполнить резиновые элементы разными не только в отношении их геометрии, но и в отношении их коэффициентов удельной жесткости. С помощью добавок можно варьировать упругость резины в пределах определенного диапазона. Рекомендуется учесть эту переменную при расчете муфты и предусмотреть различные коэффициенты удельной жесткости.
В остальном упругие свойства резинового элемента можно варьировать за счет его сегментирования в направлении периферии. Таким образом, образуется резиновый элемент, состоящий из нескольких сегментов, проходящих по определенному угловому участку. Также можно выполнить в резиновом элементе осевое отверстие, чтобы оптимизировать вентиляцию.
Изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления, изображенном на чертеже, на котором представлена муфта вала с двумя разными резиновыми элементами.
1
Упругая муфта 1 передает крутящий момент двигателя (не показан) с ее правой стороны на редуктор (не показан) с ее левой стороны. Для этого муфта 1 имеет на правой стороне механическое устройство 2 сопряжения с ведомой стороны в виде фланца 2, к которому прифланцован вал двигателя (не показан). Фланец 2 является составной частью первого диска 3, на который навулканизован первый резиновый элемент 4. Своей левой боковой стороной резиновый элемент 4 навулканизован на второй диск 5. Осевая толщина S первого резинового элемента 4 представляет собой расстояние между обоими дисками 3, 5, ограничивающими с боков первый резиновый элемент 4.
Второй диск 5 свинчен винтом 6 с третьим диском 7, на который навулканизован второй резиновый элемент 8. Он ограничен с другой своей боковой стороны четвертым диском 9.
1
2
1
2
1
2
1
Оба резиновых элемента 4, 8 значительно отличаются друг от друга по своей форме и своей крутильной жесткости. Так, осевая толщина S материала первого резинового элемента 4 всегда в три раза больше осевой толщины S материала второго резинового элемента 8 на том же радиальном расстоянии R=R=R. Осевая толщина S, S материала резиновых элементов 4, 8 понимается как расстояние между ограничивающими с боков дисками 3, 5 и 7, 9, которое возрастает с радиальным расстоянием R до средней оси 10 муфты 1. К толщине материала не относятся оканчивающиеся остриями краевые зоны 11 резиновых элементов 4, 8 и осевые отверстия 12, служащие для вентиляции резиновых элементов 4, 8. Для расчета осевой толщины S материала первого резинового элемента 4 во внешней краевой зоне завулканизованное в него опорное кольцо 13 не играет роли.
1
2
1
2
2
1
2
1
1
2
Предельное отличие осевых толщин S, S материалов приводит к тому, что крутильная жесткость C, С резиновых элементов 4, 8 также разная. Поскольку жесткость уменьшается в зависимости от использованного количества резины, крутильная жесткость С второго, более узкого, резинового элемента 8 примерно в три раза выше крутильной жесткости C первого, более широкого, резинового элемента 4. Соотношение C/C и S/S составляет соответственно три, поскольку применялся один и тот же резиновый материал с одним и тем же коэффициентом удельной жесткости. Применение сортов резины с разными добавками обеспечивает дополнительный параметр оптимизации общего объема резины.
К четвертому диску 9 привинчена диафрагменная пружина 14, которая передает крутящий момент дальше на ступицу 15, служащую в качестве механического устройства 15 сопряжения с ведомой стороны. В ступицу 15 вставлен входной вал редуктора.
2
В изображенной муфте 1 оба резиновых элемента 4, 8 служат для гашения крутильных колебаний. Кроме того, первый резиновый элемент 4 компенсирует радиальное смещение упруго подвешенного двигателя относительно жестко установленного редуктора. Второй резиновый элемент 8 имеет меньшую на коэффициент 3 осевую толщину S материала, поэтому он в радиальном направлении жестче первого резинового элемента 4 и тем самым почти не компенсирует радиальное смещение. Диафрагменная пружина 14 выполнена жесткой в периферийном и радиальном направлениях и компенсирует осевые сдвиги между механическим устройством 2 сопряжения (фланец) с ведущей стороны и механическим устройством 15 сопряжения (ступица) с ведомой стороны.
По сравнению с упругой муфтой с теми же динамическими свойствами и симметричными резиновыми элементами предложенная в изобретении муфта имеет заметно меньшую массу резины.