ЧЕРВЯЧНАЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МУФТА
WORM SAFETY CLUTCH

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным муфтам.
Известна фрикционная предохранительная муфта, состоящая из ступицы трения, жестко закрепленной на приводимом валу, шкива и нажимного диска, фрикционных колец, пружин сжатия с болтами и защитного кожуха и кронштейн, имеющий прямую прорезь и возможность проскальзывания вместе со шкивом относительно ступицы трения приводимого вала, а также содержится устройство сигнализации срабатывания, выполненное в виде герконового выключателя, который замыкает электрическую цепь сигнализации от воздействия двух магнитов с противоположной друг другу полярностью, при этом один магнит зафиксирован на диске приводимого вала, а другой магнит соединен с прямой прорезью кронштейна через спиральную прорезь диска и имеет возможность сближения с первым магнитом при проскальзывании муфты [Пат. РФ 2268415, МПК F16D 7/02, 2006].
Недостатками этого устройства являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством деталей;
- низкая надежность, вызванная применением фрикционных дисков;
- неоднозначная информативность сигнализации, связанная с тем, что нельзя понять, из-за чего произошло проскальзывание муфты - вследствие превышения момента сопротивления или в результате уменьшения фрикционного момента.
Прототипом является муфта предохранительная, содержащая цельный корпус, соединенный с концами ведущего и ведомого валов, на один конец отверстия корпуса посажена призматическая шпонка на прямобочный паз, а на другой конец отверстия корпуса посажены несколько подныривающих призматических шпонок, являющихся элементами сцепления, на пазы, имеющие наклонные бока, пазы равномерно распределены по окружности и расположены параллельно оси корпуса, подныривающие шпонки имеют равнорасположенные отверстия с уступом, в которые вставлены цилиндрические пружины сжатия, корпус соединен с валом полукольцами, вставленными в проточку вала, и зафиксирован болтами [Пат. РФ 2381395, МПК F16D 7/02, 2010].
Недостатками прототипа являются:
- сложность конструкции, обусловленная достаточно большим числом деталей;
- низкая надежность из-за повышенного износа предохранительного механизма (шпонок) в случае длительной работы после срабатывания муфты;
- сложность регулирования момента срабатывания муфты.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции, повышение надежности и расширение функциональных возможностей.
Задача решается тем, что в предохранительной муфте, содержащей ведущий и ведомый валы, последние сопряжены между собой через червячную пару, червяк которой имеет возможность перемещения вдоль оси и взаимодействия своим концом с упругим элементом, неподвижно закрепленным относительно оси.
Ось и червяк сопряжены посредством шлицевого соединения. Упругий элемент выполнен в виде выпуклой мембраны. Упругий элемент выполнен в виде электрического контакта. Ось червяка размещена вертикально. Червяк выполнен намагниченным, а упругий элемент - из магнитного материала.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Сопряжение валов между собой ведущего и ведомого валов через червячную пару, червяк которой имеет возможность перемещения вдоль оси и взаимодействия своим концом с упругим элементом, неподвижно закрепленным относительно оси, позволяет выполнять устройству предохранительную функцию без наличия фрикционной муфты, что повышает надежность. При этом упрощается конструкция, так как помимо пружины и валов муфта дополнительно содержит две детали - червяк и колесо. Кроме того, расширяются функциональные возможности муфты, поскольку помимо выполнения основной функции можно изменять частоту вращения одного вала относительно другого.
Сопряжение оси и червяка посредством шлицевого соединения упрощает конструкцию и повышает ее надежность.
Выполнение упругого элемента в виде выпуклой мембраны дает возможность полностью снимать вращающий момент (момент привода) с ведомого вала, что расширяет функциональные возможности муфты. При этом устраняются щелчки, характерные при срабатывании предохранительной муфты, увеличивающие износ деталей, что повышает надежность.
Выполнение упругого элемента в виде электрического контакта расширяет функциональные возможности муфты, так как позволяет выключать двигатель при срабатывании муфты и формировать информацию, например подавать сигнал.
Размещение оси червяка вертикально дает возможность червяку после срабатывания муфты отойти от колеса и исключить ненужное взаимодействие его с колесом (увеличивающее их износ) в условиях внешних возмущений, например вибрации. Это повышает надежность.
Выполнение червяка намагниченным, а упругого элемента - из магнитного материала дает возможность после срабатывания муфты в условиях внешних возмущений исключить ненужное взаимодействие червяка с колесом при любом положении муфты. Это также повышает надежность.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема червячной предохранительной муфты. На фиг.2 изображено сечение А-А червячной пары. На фиг.3 изображена схема червячной предохранительной муфты с упругим элементом в виде выпуклой мембраны.
Червячная предохранительная муфта содержит основание 1 с закрепленным выключателем с контактом 2 и опорами 3, 4, в которых с возможностью вращения установлен шлицевой ведущий вал 5, сопряженный с червяком 6, имеющим возможность зацепления с червячным колесом 7, закрепленным на ведомом валу 8. На ведущий вал между его фланцем 9 и торцом червяка свободно посажена пружина 10, крайний виток которой может быть отогнут и иметь возможность взаимодействия с контактом выключателя. Упругий элемент может быть выполнен в виде выпуклой мембраны 11.
Работает устройство следующим образом.
При вращении ведущего вала 5 от привода (на чертеже не показан) червяк 6 упирается торцом в пружину 10 и начинает сжимать ее (фиг.1, 2). При этом усилие воздействия зуба червяка на зуб червячного колеса 7 плавно возрастает и, в конце концов, момент на червячном колесе станет достаточным для вращения вала 8.
Возрастание момента сопротивления вращению вала 8 будет вызывать сжатие пружины 10, и как только этот момент достигнет предельно допустимой величины, пружина сожмется настолько, что ее отогнутый конец коснется контакта 2 выключателя. При этом будет получена информация о появлении недопустимого значения момента сопротивления или выключен привод (двигатель). Если выключение двигателя не планируется по каким-либо причинам, то разъединение муфты произойдет механически. Червяк 6 продвинется еще по шлицевому валу (еще несколько деформировав пружину 10) и выйдет из зацепления с червячным колесом 7, благодаря чему ведущий и ведомый валы окажутся расцепленными (разобщенными). После каждого оборота червяк будет соскакивать под действием пружины 10 с последнего витка на предыдущий и ударять по зубу червячного колеса. В результате будут раздаваться характерные щелчки, извещающие о расцеплении муфты.
Заметим, что если такую же пружину надеть на правую от червячного колеса сторону ведущего вала, то можно осуществлять расцепление и при обратном вращении ведущего вала, причем величина предельного момента может быть другой, если изменить жесткость этой пружины по сравнению с левой.
Щелчки при частом срабатывании муфты могут привести к повышенному износу зубьев, поэтому для устранения этого явления вместо спиральной пружины устанавливают выпуклую мембрану 11 (фиг.3). При достижении предельного момента сопротивления вращению червяк 6, надавливая торцом на эту пружину, заставляет ее скачком перейти из одного состояния в другое, в котором ее выпуклость будет направлена влево. При этом между пружиной и торцом червяка образуется зазор, благодаря которому червяк беспрепятственно выйдет влево из зацепления с червячным колесом и не будет щелкать. Однако в случае работы муфты, например в условиях вибрации, могут возникать силы, придвигающие (возвращающие) червяк к червячному колесу. Поэтому для исключения контакта колеса с червяком, последний намагничивают, в результате чего он притягивается к мембране и отходит от колеса, или устанавливают ось вертикально для увода червяка от колеса за счет силы гравитации.
Внедрение изобретения позволит создать простую по конструкции предохранительную муфту с расширенными функциональными возможностями.