МУФТА
COUPLING

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводах тяжело нагруженных машин, агрегатов и станков, например в металлопрокатных станах, в качестве передач одностороннего действия.
Известна упругая муфта, содержащая концентрично расположенные внутреннюю и наружную полумуфты и размещенные между ними пружины, оси которых параллельны оси муфты, в которой каждый виток пружины имеет неподвижное соединение в точках касания с внутренней и наружной полумуфтами (RU, свидетельство полезной модели №3015. М. кл6. F16D 3/52. Упругая муфта / М.Н.Максимов, Л.И.Кондратьева, Н.М.Крушинская, Е.Н.Скворцова (RU). - Заявка №95114119/20, заявлено 04.08.1995, опубл. 16.10.1996, Бюл. №10 // Изобретения. Полезные модели. - 1996. - №10).
К недостаткам описанной муфты, несмотря на некоторую подвижность внутренней и наружной полумуфт, относятся ограниченные функциональные возможности и невозможность их разъединения при критических нагрузках.
Известна зубчатая компенсирующая муфта, выполненная в виде сопряженных зубчатых колес с одинаковым числом внешних и внутренних зубьев или в виде трех сопряженных деталей: ведущей и ведомой полумуфт и промежуточного звена в виде втулки с внутренними зубьями (см., например, А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - 2-е изд., перераб. и доп. - 560 с., ил. - С.125, рис.а и б).
К недостаткам описанной зубчатой муфты относятся невозможность безаварийного разъединения ведомого зубчатого колеса при критических нагрузках.
Известна также зубчатая сцепная муфта, выполненная в виде зубчатой пары внутреннего зацепления с одинаковым числом зубьев обоих колес, установленных с возможностью осевого перемещения колес, при этом для облегчения включения муфты зубья на колесах выполнены выступающими через один или через несколько зубьев таким образом, чтобы исключить возможность торцевого упора выступающих зубьев (там же, стр.126, схема).
К недостаткам описанной зубчатой сцепной муфты относятся то, что после разъединения полумуфт необходимо вмешательство человека для приведения их в рабочее состояние.
Наиболее близким аналогом к заявленному объекту относится муфта свободного хода, содержащая внутреннюю и наружную обоймы и установленные между ними тела заклинивания в виде расположенных под углом к нормали обоймы упругих стержней, одни концы которых неподвижно закреплены в одной из обойм, а другие расположены в контакте с поверхностью другой обоймы, в которой концы упругих стержней, расположенные в контакте с обоймой, очерчены радиусом, равным радиусу поверхности этой обоймы, а угол наклона осей стержней к нормали обоймы в зоне их контакта не превышает угол трения (RU, патент №2079745, С1, МПК6 F16D 41/07. Муфта свободного хода / М.Н.Максимов, Л.И.Кондратьева, Н.М.Крушинская, Е.Н.Скворцова (RU). - Заявка №95119608/25, заявлено 21.11.1995, опубл. 20.05.1997, Бюл. №14 // Изобретения. Полезные модели. - 1997. - №14).
К недостаткам описанной муфты свободного хода относятся невозможность разрыва потока мощности в приводе ведомой полумуфты при критических нагрузках.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - разрыв потока мощности в приводе ведомой полумуфты при критических нагрузках и быстродействие муфты в рабочее состояние при снятии критической нагрузки.
Технический результат - передача больших крутящих моментов, высокая эксплуатационная надежность муфты, гарантированный срок службы в эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной муфте, содержащей кинематически связанные ведущую полумуфту в виде приемного диска с шлицевой втулкой и сопряженного с приемным диском ведущего зубчатого диска пробуксовки и ведомую полумуфту в виде диска с шлицевой втулкой и сопряженного с диском ведомого зубчатого диска пробуксовки, согласно изобретению она снабжена кинематически связанными механизмом автоматического останова ведомой полумуфты и механизмом включения ведомой полумуфты в работу, ведомый зубчатый диск пробуксовки установлен в полости диска ведомой полумуфты с возможностью осевого перемещения и сопряжен с ним шлицевым соединением, механизмом ввода в полость диска и механизмом вывода из полости диска ведомой полумуфты, при этом механизм ввода в полость диска выполнен в виде ряда стержней, размещенных с равным шагом в отверстиях на периферийных кромках ведомого зубчатого диска пробуксовки и диска ведомой полумуфты, и упругих элементов на стержнях, стягивающих ведомый зубчатый диск пробуксовки в полость ведомого диска, упомянутый механизм вывода ведомого зубчатого диска пробуксовки из полости ведомой полумуфты выполнен в виде пневмоцилиндра, поршень которого средствами крепления установлен соосно в полости диска ведомой полумуфты, а гильза пневмоцилиндра выполнена в виде полости в ведомом зубчатом диске пробуксовки, при этом канал для подвода воздуха образован радиальным и осевым отверстиями во фланце ведомого зубчатого диска пробуксовки, ведущий зубчатый диск пробуксовки установлен на посадочном пояске приемного диска ведущей полумуфты с возможностью углового смещения и взаимно зафиксированы от осевого смещения призматическими шпонками, закреплеными на плоских гранях в проточках ведущего зубчатого диска пробуксовки и свободно в пазах в диаметрально выполненных выступающих приливах на торце приемного диска ведущей полумуфты, имеющий гидропривод и кинематическую связь механизм автоматического останова смонтирован в ведущем зубчатом диске пробуксовки, в полости указанного диска, выполненной соосно оси его вращения, смонтирован исполнительный силовой гидроцилиндр в виде запрессованной шлифованной гильзы и подпружиненного штока, резьбовой конец которого связан с подвижным фланцем, имеющим вилки с осями, шарнирно связанного тягами, соединенными с захватами в виде двуплечих рычагов, оси качания которых размещены на вилках неподвижного фланца, средствами крепления зафиксированного на торце ведущего зубчатого диска пробуксовки, при этом осевое смещение шлифованной гильзы исполнительного силового гидроцилиндра в соосной полости ведущего зубчатого диска пробуксовки, штока и упругого элемента на нем ограничено неподвижным фланцем, в проточках ведущего зубчатого диска пробуксовки на их периферийных участках попарно и оппозитно друг к другу выполнены задающие силовые гидроцилиндры в виде полых штоков и шлифованных гильз, последние запрессованы в цилиндрических отверстиях, в каждой паре полых штоков установлен упругий элемент в виде пружины сжатия, осевые перемещения полых штоков из гильз наружу ограничены стопорами в виде шайб, закрепленных средствами крепления на плоских гранях выточек ведущего зубчатого диска пробуксовки, при этом пары диаметрально разнесенных цилиндрических отверстий гидравлически связаны радиальными и осевым каналами с полостью исполнительного силового гидроцилиндра, а выступающие части штоков задающих силовых гидроцилиндров сопряжены с роликами, смонтированными посредством осей на концах длинных плеч в виде дуг двуплечих рычагов, размещенных посредством подшипников скольжения в виде втулок из закаленной стали на осях, установленных в соосных отверстиях между проточками на периферийной части ведущего зубчатого диска пробуксовки, при этом короткое плечо каждого двуплечего рычага выполнено в виде кулачка, сопряженного с боковой гранью выступающего прилива на торце приемного диска ведущей полумуфты, механизм включения ведомой полумуфты в работу после автоматического останова выполнен в виде штока с буртиком, периодически или постоянно сопряженным захватами на концах двуплечих рычагов, приводимых в движение исполнительным силовым гидроцилиндром, при этом шток с буртиком выполнены единой деталью с фланцем, закрепленным средствами фиксации соосно в полости гильзы пневмоцилиндра; полости задающих и исполнительного силовых гидроцилиндров, радиальных и осевого каналов заполнены несжимаемой рабочей жидкостью, при этом радиальные каналы на ведущем зубчатом диске пробуксовки закрыты пробками; радиальный канал подвода сжатого воздуха в ведомом зубчатом диске закрыт сапуном; шток пневмоцилиндра выполнен полым, а уплотнительные кольца размещены в канавках на внешней его поверхности; каждый шток и гидропривод механизма автоматического останова снабжен уплотнительными кольцами.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена муфта, вид спереди.
На фиг.2 - то же, вид сбоку, с четвертичным разрезом нижней части, в рабочем положении при передаче номинальной величины крутящего момента.
На фиг.3 - то же, при разрыве потока предельной мощности.
На фиг.4 - сечение А-А на фиг.3, поперечный разрез ведомой полумуфты: шлицевое соединение ведомого зубчатого диска пробуксовки и ведомой полумуфты, гильзы и штока пневмоцилиндра механизма включения полумуфты в работу.
На фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.3, поперечное сечение ведомого зубчатого диска пробуксовки с радиальным и осевым каналами подвода воздуха в полость пневмоцилиндра и захватов на концах двуплечих рычагов механизма автоматического останова.
На фиг.6 - сечение В-В на фиг.3, поперечное сечение резьбового конца штока подвижного фланца и неподвижного фланца, размещенных на торце ведущего зубчатого диска пробуксовки ведущей полумуфты.
На фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.4, поперечное сечение механизма автоматического останова ведомой полумуфты, размещенного в проточках ведущего зубчатого диска.
На фиг.8 - сечение Д-Д на фиг.7, размещение стопоров в виде шайб на проточках ведущего зубчатого диска пробуксовки.
На фиг.9 - сечение Е-Е на фиг.6, поперечное сечение оси с подшипником скольжения в виде втулки из закаленной стали и двуплечего рычага механизма автоматического останова ведомой полумуфты.
На фиг.10 - представлен диаметральный разрез приемного диска ведущей полумуфты с кулачками, шлицевой втулки и посадочного пояска.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.
Муфта (см. фиг.1-10) содержит кинематически связанные ведущую полумуфту 1 и ведомую полумуфту 2. Ведущая полумуфта 1 имеет приемный диск 3 с шлицевой втулкой 4 и ведущий зубчатый диск 5 пробуксовки. Приемный диск 3 сопряжен с зубчатым диском 5. Шлицевая втулка 4 размещена или на цапфе вала электродвигателя большой мощности, или на цапфе вала мотор-редуктора. Ведомая полумуфта 2 содержит ведомый диск 6 с шлицевой втулкой 7 и ведомый зубчатый диск 8 пробуксовки. Ведущий зубчатый диск 5 пробуксовки своими зубьями 9 сопряжен с впадинами 10 ведомого зубчатого диска 8 пробуксовки. За счет сил трения между зубьями 9 и впадинами 10 крутящий момент с шлицевой втулки 4 передается на шлицевую втулку 7, а далее, например, на вал прокатного стана.
Муфта снабжена кинематически связанными механизмом 11 автоматического останова ведомой полумуфты 2 (фиг.7 и 2) и механизмом 12 включения ведомой полумуфты 2 в работу (фиг.3).
Ведомый зубчатый диск 8 пробуксовки (см. фиг.2, 3 и 4) установлен в полости 13 (фиг.2 и 3) ведомой полумуфты 2 с возможностью осевого перемещения на расстояние L больше, чем высота h зубьев 9 ведущего зубчатого диска 5 пробуксовки, образуя гарантированный зазор d между зубьями 9 дисков 5 и 8. Ведомый зубчатый диск 8 пробуксовки с диском 6 ведомой полумуфты 2 сопряжен шлицевым соединением 14, механизмом 15 ввода в полость 13 и механизмом 16 вывода из полости 13 диска 6 ведомой полумуфты 2.
Механизм 15 ввода в полость 13 диска 6 выполнен в виде ряда стержней 17 и упругих элементов 18 на стержнях 17. Стержни 17 размещены с равным шагом в отверстиях на периферийных кромках 19 и 20 ведомого зубчатого диска 8 пробуксовки и диска 6 ведомой полумуфты 2. Упругие элементы 18 на стержнях 17 стягивают (сдвигают) ведомый зубчатый диск 8 пробуксовки в полость 13 ведомого диска 6 ведомой полумуфты 2.
Упомянутый механизм 16 вывода ведомого зубчатого диска 8 пробуксовки из полости 13 ведомой полумуфты 2 выполнен в виде пневмоцилиндра. Поршень 21 пневмоцилиндра средствами крепления 22 установлен соосно в полости 13 диска 6 ведомой полумуфты 2.
Гильза пневмоцилиндра выполнена в виде полости 23 в ведомом зубчатом диске 8 пробуксовки (фиг.2 и 3).
Канал для подвода сжатого воздуха в полость 13 пневмоцилиндра механизма 16 образован радиальным отверстием 24 (фиг.5) и осевым отверстием 25 (фиг.4 и 5) во фланце ведомого зубчатого диска 8 пробуксовки ведомой полумуфты 2. Радиальное отверстие 24 подвода сжатого воздуха и его отвода в ведомом зубчатом диске 8 пробуксовки закрыт сапуном 26 (фиг.5). Шток 21 пневмоцилиндра механизма 16 выполнен полым. Уплотнительные кольца 27 размещены в канавках на внешней поверхности штока 21 (см. фиг.2, 3 и 4).
Ведущий зубчатый диск 5 пробуксовки установлен на посадочном пояске 28 приемного диска 3 ведущей полумуфты 1 с возможностью углового смещения (см. фиг.2, 3 и 10).
Ведущий зубчатый диск 5 пробуксовки и приемный диск 3 ведущей полумуфты 1 взаимно зафиксированы от осевого смещения призматическими шпонками 29. Шпонки 29 закреплены на плоских гранях 30 в проточках 31 ведущего зубчатого диска 5 пробуксовки. Шпонки 29 свободно размещены в пазах 32 (см. фиг.2, 3 и 10) в диаметрально выполненных выступающих приливах 33 на торце диска 5 ведущей полумуфты 1 (см. фиг.2, 3, 7 и 10).
Механизм 11 автоматического останова смонтирован в ведущем зубчатом диске 5 пробуксовки. Он имеет гидропривод 34 и кинематическую связь (см. фиг.2, 3, и 7). В полости 35 указанного ведущего зубчатого диска 5 (фиг.2 и 3), выполненной соосно его вращения, смонтирован исполнительный силовой гидроцилиндр в виде запрессованной шлифованной гильзы 36 из закаленной конструкционной стали и подпружиненного штока 37 с резьбовым хвостовиком 38. Резьбовой конец хвостовика 38 связан с подвижным фланцем 39. Подвижный фланец 39 имеет вилки 40 с осями 41. Оси 41 шарнирно связаны с тягами 42, соединенными посредством осей 43 с захватами 44 в виде двуплечих рычагов. Оси 45 качания двуплечих рычагов с захватами 44 размещены на вилках 46 неподвижного фланца 47. Неподвижный фланец 47 средствами крепления 48 (см. фиг.2-6) зафиксирован на торце ведущего зубчатого диска 5 пробуксовки. Осевое смещение шлифовальной гильзы 36 исполнительного силового гидроцилиндра в соосной полости 35 гидропривода 34 в ведущем зубчатом диске 5 пробуксовки, штока 37 и упругого элемента 49 на нем ограничено неподвижным фланцем 47.
В проточках 31 ведущего зубчатого диска 5 пробуксовки на их периферийных участках 51 (фиг.7) попарно и оппозитно друг к другу выполнены задающие гидроцилиндры в виде полых штоков 52 и шлифованных гильз 53. Каждая гильза 53 выполнена в виде шлифовальной втулки из закаленной конструкционной стали. Гильзы 53 парами запрессованы в цилиндрических отверстиях 54. В каждой паре полых штоков 52 установлен упругий элемент 55 в виде пружины сжатия. Осевые перемещения полых штоков 52 из гильз 53 наружу ограничены стопорами 56 в виде шайб. Стопоры 56 закреплены средствами крепления 57 на плоских гранях выточек 31 ведущего зубчатого диска 5 пробуксовки (см. фиг.2, 3, 7 и 8).
Пары диаметрально разнесенных цилиндрических отверстий 54 гидравлически связаны радиальными 58 и осевым 59 каналами с полостью 35 исполнительного силового гидроцилиндра. Полости отверстий 54 задающих силовых гидроцилиндров и полость 35 исполнительного силового гидроцилиндра, радиальных каналов 58 и осевого канала 59 на ведущем зубчатом диске 5 пробуксовки заполнены несжимаемой рабочей жидкостью. Радиальные каналы 58 на периферийных участках 51 ведущего зубчатого диска пробуксовки закрыты пробками 60 (см. фиг.2, 3, и 7). Каждый шток 52 (37) гидропривода 34 механизма 11 автоматического останова снабжен уплотнительными резиновыми кольцами 61 (см. фиг.2 и 7).
Выступающие части штоков 52 задающих силовых гидроцилиндров над стопорами 56 сопряжены с роликами 62. Каждый ролик 62 смонтирован посредством оси 63 на конце длинного плеча в виде дуги двуплечего рычага 64. Каждый рычаг 64 посредством подшипника скольжения 65 в виде втулки из закаленной стали размещен на оси 66. Каждая ось 66 установлена в соосных отверстиях между проточками 31. Оси 66 в отверстях между проточками 31 зафиксированы планками 67 и средствами крепления 68 (см. фиг.2, 3, 6, 7 и 9).
Короткое плечо каждого двуплечего рычага 64 выполнено в виде кулачка 69. Каждый кулачок 69 сопряжен с боковой гранью выступающего прилива 33 на торце приемного диска 3 ведущей полумуфты 1.
Механизм 12 включения ведомой полумуфты 2 в работу после автоматического останова выполнен в виде штока 70 с буртиком 71. Буртик 71 периодически (фиг.3) или постоянно (фиг.2) сопряжен с захватами 44 на концах двуплечих рычагов. Двуплечие рычаги захватов 44 приводятся в движение исполнительным силовым гидроцилиндром гидропривода 34. Шток 70 с буртиком 71 выполнены единой деталью с фланцем 72. Фланец 72 закреплен средствами 73 фиксации соосно в полости 23 гильзы пневмоцилиндра (фиг.2 и 3). Этим достигают герметичность полостей пневмоцилиндра.
Перед началом работы проверяют техническое состояние ведущей полумуфты 1 и ведомой полумуфты 2. Для этого одну из пробок 60 (см. фиг.7) на радиальном канале 58 ставят в верхнее положение относительно оси вращения муфты. Далее полностью отворачивают верхнюю пробку 60. Нижнюю пробку 60 отворачивают на 1-2 оборота. Визуально оценивают снижение уровня рабочей жидкости в канале 58. Затем нижнюю пробку 60 закрывают. В канал 58 доливают рабочую жидкость до верхнего среза. Затем пробку 60 завинчивают.
Далее проверяют работу пневмоцилиндра механизма 12 включения ведомой полумуфты 2 в работу. Сапун 26 (см. фиг.5) свинчивают из радиального отверстия 24. Вместо сапуна 26 в отверстие 24 вворачивают штуцер на свободном конце гибкого рукава, соединенного с ресивером для воздуха. Рабочее давление не менее 0,05 МПа (5 кГс/см). Открывают кран ресивера. Сжатый воздух по радиальному отверстию 24 и осевому отверстию 25 поступает в полость 23 пневмоцилиндра. За счет создавшегося давления воздуха при неподвижном поршне 21 механизма 16 гильза пневмоцилиндра смещается из полости 13 диска 6 наружу. Стержни 17 механизма 15 выдвигаются из отверстий на периферийной кромке 20 ведомого диска 6. Витки упругих элементов 18 на стержнях 17 сжимаются, создавая этим суммарное усилие деформации сжатых витков упругих элементов 18.
Периферийная кромка 19 ведомого зубчатого диска 8 пробуксовки с зубьями 9 и впадинами 10 на торце смещается в сторону впадины 10 и зубьев 9 на торце ведущего зубчатого диска 5. Сопрягаемые впадины 10 и зубья 9 дисков 8 и 5 входят в плотный контакт, создавая этим единый узел.
Одновременно с этим буртик 71 на штоке 70 механизма 12 входит в контакт с захватами 44. Захваты 44 из положения, показанного на фиг.3, приводятся в положение, изображенное на фиг.2. Муфта готова к работе.
Муфта работает следующим образом.
При установке ведущей шлицевой втулки 4 на цапфу мотор-редуктора и ведомой шлицевой втулки 7 на выступающий конец валка прокатного стана силовой поток распределяется следующим образом. Номинальная величина крутящего момента с шлицевой втулки 4 через приемный диск 3 поступает на выступающие приливы 33 на торце диска 5 ведущей полумуфты 1. Далее приливы 33 через пары кулачков 69 передают тангенциальное усилие на подшипники скольжения 65 и оси 66. Осями 66 ведущий зубчатый диск 5 пробуксовки приводится во вращение, а вместе с ним - зубья 9 и впадины 10, входящими в зацепление во впадины 10 и зубья 9 ведомого зубчатого диска 8. С диска 8 поток мощности через шлицевое соединение 14 передается на ведомый диск 6, а с него - через шлицы в цилиндровой втулке 7 - на выступающий конец валка прокатного стана. При передаче 70-80% мощности от максимальной величины крутящего момента ведущая полумуфта 1 с ведомой полумуфтой 2 работают как одно целое соединительное звено.
Из-за непрогрева слитка металла валки прокатной клетки резко останавливаются, а вместе с ними - ведомая полумуфта 2 полностью, а в ведущей полумуфте - в сотые доли секунды - происходят следующие динамические нагрузки и кинематические перемещения.
Выступающие приливы 33 на торце диска 5 ведущей полумуфты 1 под действием передаваемого усилия и инерционных нагрузок продолжают вращение в ранее установленном направлении. При вращении приливов 33 по часовой стрелке (см. фиг.7) они давят на кулачки 69 двуплечих рычагов 64 механизма 11.
За счет разницы длины плеч рычага 64 ось 63 воздействует на ролик 62 в шесть раз быстрее. Ролики 62 на концах рычагов 64 давят на выступающие концы полых штоков 52. Из шлифованных гильз 53 в обоих отверстиях 54 одновременно выдавливается рабочая жидкость, которая по радиальным каналам 58 выдавливается в осевой канал 59. Из осевого канала 59 рабочая жидкость поступает в полость 35 шлифованной гильзы 36. Шток 37 резьбовым участком 38 перемещает подвижный фланец 39 в направлении ведомой полумуфты 2. Передвижение подвижного фланца 39 в сторону штока 70 с буртиком 71 приводит к тому, что оси 41 на вилках 40 толкают тяги 42. Каждая тяга 42 через ось 43 давит на короткое плечо двуплечего рычага захвата 44. Концы захватов 44 принудительно стаскивают с буртиков 71 на конце штока 70. Одновременно с этим в работу вступает в силу механизм 15 ввода ведомого зубчатого диска 8 пробуксовки в полость 13 ведомого диска 6. Под воздействием сжатых витков упругих элементов 18 на стержнях 17 ведомый зубчатый диск 8 пробуксовки полностью вводится в полость 13 ведомого диска 6. Зубья 9 ведомого зубчатого диска 5 выводятся из впадин 10 ведомого зубчатого диска 8 пробуксовки, образуя между зубьями 10 (фиг.3) гарантированный зазор d.
Таким образом обеспечивается разрыв передаваемого потока мощности с ведущей полумуфты 1 на ведомую полумуфту 2 и быстродействие муфты. После снятия (извлечения) остывающего слитка металла из межвалкового пространства муфту приводят в рабочее состояние вышеописанным приемом. Предложенная конструкция муфты работает как при вращении ведущей полумуфты 1 по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Она реверсивна.