Муфта предельного момента
LIMIT MOMENT COUPLING

Изобретение относится к муфтам для передачи крутящего момента, преимущественно для технологических агрегатов, привод которых требует постоянства крутящего момента.
Известно устройство для передачи крутящего момента, содержащее вал, установленный в неподвижном корпусе на двух радиально упорных подшипниках качения, наружные обоймы которых смонтированы в неподвижном корпусе (Чернавский С.А. Проектирование механических передач. - М.: Машиностроение, 1984. - С. 321).
Недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей, в частности невозможность регулирования величины передаваемого крутящего момента.
Известна также муфта предельного момента, содержащая ведущий вал с корпусом, содержащим пару радиально-упорных подшипников, и ведомый вал, расположенный соосно ведущему валу, при этом внутренняя обойма одного из радиально-упорных подшипников пары неподвижно закреплена на ведомом валу, а внутренняя обойма второго радиально-упорного подшипника установлена на упомянутом ведомом валу с возможностью осевого перемещения, без вращения относительно ведомого вала посредством регулировочной гайки (Подъемно-транспортные машины: Атлас конструкций: Учеб. Пособие для студентов втузов / М.П. Александров, Д.Н. Решетов, Б.А. Байков и др. - М.: Машиностроение, 1987. - С. 54).
Недостатком известного устройства является изменение крутящего момента, передаваемого на ведомый вал, обусловленное повышением температуры подшипников в процессе работы. Вращение подшипников сопровождается трением тел качения об обоймы и сепараторы, что приводит к нагреву деталей подшипникового узла, причем наиболее интенсивному  нагреву подвержены тела качения. При нагреве тела увеличивают свои размеры, стремясь растянуть в продольном направлении часть вала между буртом вала и регулировочной гайкой, при этом возрастает осевая нагрузка на подшипники и, следовательно, величина передаваемого крутящего момента.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - устранение изменений крутящего момента, передаваемого на ведомый вал, обусловленных изменением температуры подшипников в процессе работы.
Технический результат - повышение стабильности величины крутящего момента, передаваемого на ведомый вал.
Технический результат достигается муфтой предельного момента, выполненной с возможностью передачи крутящего момента от ведущего вала соосно установленному с ним ведомому валу, содержащей корпус, выполненный с возможностью жесткого соединения с ведущим валом, пару радиально-упорных подшипников с коническими роликами, наружные обоймы которых связаны с корпусом, при этом внутренняя обойма одного из подшипников выполнена с возможностью неподвижного закрепления на ведомом валу, а внутренняя обойма второго подшипника выполнена с возможностью установки на ведомом валу с обеспечением осевого перемещения без вращения относительно ведомого вала посредством регулировочной гайки, согласно изобретению, снабженной установленным между регулировочной гайкой и внутренней обоймой второго подшипника упругим элементом в виде тарельчатой пружины с податливостью, которая превышает податливость ведомого вала при нагреве подшипников в процессе их вращения.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено осевое сечение заявляемой муфты предельного момента.
Муфта предельного момента содержит соосно установленные ведущий вал 1, жестко соединенный с цилиндрическим корпусом 2, содержащим жестко смонтированные наружные обоймы двух радиально упорных подшипников 3 и 4 с коническими роликами. Ведомый вал 5 расположен соосно ведущему валу 1. Внутренняя обойма 6 подшипника 3 неподвижно закреплена на ведомом валу 5, а внутренняя обойма 7 второго из подшипников пары 4 установлена на валу 5 с  возможностью осевого перемещения без вращения относительно упомянутого вала 5 и поджата в осевом направлении посредством регулировочной гайки 8, тарельчатой пружины 9 и распорной втулки 10.
Работа муфты предельного момента осуществляется следующим образом.
ос
Осевое усилие поджатая Р внутренних обойм 6 и 7 между собой создается за счет осевого перемещения регулировочной гайки 8 при ее вращении по резьбе, выполненной на валу 5.
При передаче вращательного движения от ведущего вала 1 к ведомому валу 5, крутящий момент создается за счет сил трения между внутренними обоймами 6 и 7, телами качения и наружными обоймами 3 и 4 подшипников, связанными с корпусом 2 ведущего вала 1.
ос
Величина максимального передаваемого крутящего момента задается регулировочной гайкой 8, создающей посредством тарельчатой пружины 9 требуемое осевое усилие поджатия Р, и определяется зависимостью
кр
oc
М=2P⋅R⋅fт,
кр
где М - максимальный передаваемый крутящий момент, Н⋅м;
ос
Р - усилие на подшипниках, созданное за счет их регулируемого осевого поджатия, Н;
R - расстояние от оси ведущего вала до оси тел качения подшипников, м;
т
f- коэффициент трения в подшипниках.
кр
Регулирование угловой скорости ведомого вала 5 относительно ведущего вала 1 осуществляют за счет изменения скорости проскальзывания в подшипниках 3 и 4 по телам качения между упомянутыми валами. Это осуществляется при поддержании постоянной величины максимального передаваемого крутящего момента, который не может превышать значения М, соответствующего приведенной математической зависимости.
т
ос
Мкр.
Поскольку предаваемый крутящий момент определяется усилием трения в подшипниках с коэффициентом трения f, возникающим при проскальзывании тел качения между обоймами и ограниченного усилием их предварительного поджатия Р, то передаваемый крутящий момент не может превышать максимального значения  Скорость вращения входного вала задают выше, чем требуемую скорость вращения выходного вала, из-за их взаимного проскальзывания в подшипниках.
Вращение подшипников 3 и 4 в процессе работы сопровождается трением тел качения об обоймы и сепараторы, что приводит к нагреву деталей подшипникового узла. При нагреве тела качения увеличивают свои размеры, стремясь растянуть часть вала 5 между буртом вала (справа) и гайкой 8 в продольном направлении, при этом тарельчатая пружина 9 сжимается, компенсируя тепловое расширение деталей подшипников 3 и 4, практически предотвращая изменение осевой нагрузки на подшипники и, следовательно, величины передаваемого крутящего момента.
Таким образом, применение муфты с соосно расположенными ведомым и ведущим валом, соединенным с корпусом, взаимодействующим с ведомым валом посредством двух радиально упорных подшипников, причем внутренняя обойма одного из подшипников жестко соединена с входным валом, а внутренняя обойма второго подшипника установлена на входном валу с возможностью регулируемого осевого перемещения без вращения относительно него для обеспечения поджатия посредством тарельчатой пружины и распорной втулки, определяющих максимальное значение передаваемого крутящего момента, обеспечивает достижение заявленного технического результата.