Муфта с пакетами плоских пружин

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в качестве муфты с упругими элементами для соединения валов агрегатов.
Известна муфта (Дунаев П.Ф., Леликов О.П., «Конструирование узлов и деталей машин»: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. рис. 20.10), которая является аналогом. Муфта состоит из двух полумуфт, установленных на валах агрегатов, стальных стержней круглого сечения, вставленных в отверстия полумуфт. При передаче крутящего момента от одного вала к другому стержни изгибаются и могли бы быть закручены, если бы сила трения стержней в отверстиях была бы большой, но этого нет. Стержни только изгибаются, поэтому жесткость муфты определяется напряжениями изгиба. Стержни имеют некоторое перемещение в отверстиях полумуфт. От возможного выпадения они удерживаются кольцами, закрепленными на полумуфтах.
Основным недостатком данной муфты является сложность и длительность монтажа.
Агрегаты с закрепленными на вала полумуфтами устанавливаются относительно друг друга так, чтобы можно было вставить стальные стержни в соответствующие отверстия полумуфт. При этом в большинстве случаев не удается обеспечить соосность валов и, соответсвенно, полумуфт. Для облегчения процесса монтажа используют стержни малого диаметра (например, до 3 мм). Но в этом случае стержней должно быть много (несколько десятков, иногда больше сотни), если муфта передает большие крутящие моменты. Процесс монтажа усложняется и занимает много времени.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является муфта с пакетами плоских пружин, (Дунаев П.Ф., Леликов О.П., «Конструирование узлов и деталей машин»: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. рис. 20.12), которая выбрана в качестве прототипа.
Муфта состоит из двух полумуфт, установленных на валах агрегатов. Полумуфты соединены упругими элементами в виде пакетов плоских пружин.
Пакеты плоских пружин, вставленные в пазы наконечников 2, 3 и закрепленные в них от осевого смещения штифтами 4, образуют кассеты, которые размещаются в полумуфтах 5 и 7. При этом штифты 4 входят в соответствующие отверстия плоских пружин с некоторым зазором. С целью предотвращения выпадения кассеты из полумуфты 5, используется внутреннее разрезное пружинное плоское упорное кольцо 6. Также пружинное кольцо 6 не позволяет наконечникам 2 (и кассетам тоже) проворачиваться в отверстиях полумуфты 5. В другой полумуфте наконечники 3 могут перемещаться вдоль оси и проворачиваться во втулках 8 (большой твердости или из антифрикционных материалов), поскольку установлены в них с зазором. Перемещения имеют место при соединении муфтой несоосных валов. Втулки необходимы, чтобы не изнашивались гнезда полумуфт.
При передаче крутящего момента плоские пластины помимо изгиба испытывают и кручение, поскольку наконечники 2 зафиксированы внутренним разрезным пружинным плоским упорным кольцом 6 от проворота. В статье В.М. Зябликова и А.А. Ширшова «Муфта с пакетами плоских пружин: влияние закручивания пружин на жесткость муфты», опубликованной в журнале «Справочник. Инженерный журнал» №11, 2016 г. подробно рассмотрен процесс деформирования пластин при нагружении муфты крутящим моментом. Исследования, проведенные авторами статьи, показали, что плоские пластины, находящиеся в пакетах, помимо изгиба испытывают и кручение.
При нагружении муфты, показанной на рис. 1, крутящим моментом полумуфты поворачиваются относительно друг друга на угол ϕ, причем взаимный угол поворота торцов пластин также равен ϕ (рис. 2).
По сравнению с рассмотренным выше аналогом, данная муфта с пакетами плоских пружин позволяет получать более точное значение требуемой расчетом крутильной жесткости, поскольку зависит от большего числа параметров: количества пакетов; числа пластин в пакете; радиуса расположения пакетов; длины, ширины и толщины пластин.
Основными недостатками данной муфты-прототипа являются: высокое напряженное состояние пластин, в которых действуют не только напряжения изгиба, но и касательные напряжения от их закручивания при передаче муфтой крутящего момента. Долговечность муфты сокращается. Другим недостатком муфты является пониженный коэффициент полезного действия, поскольку энергия расходуется не только на изгибную деформацию пластин, но и на их закручивание.
Техническим результатом является увеличение долговечности муфты и повышение ее коэффициента полезного действия за счет устранения закручивания плоских пружин.
Технический результат достигается в муфте, содержащей две полумуфты, вставленные в них пакеты плоских пружин с наконечниками, в пазах которых пружины удерживаются штифтами. Наконечники в одной из полумуфт зафиксированы от осевого смещения посредством внутреннего разрезного пружинного плоского упорного кольца, установленного в канавке полумуфты, шайб и гаек, навернутых на резьбовые стержни наконечников. При этом наконечники могут проворачиваться в отверстиях полумуфт вокруг своей оси. В этом случае наконечники вместе с пластинами будут стремиться занимать такое положение, при котором жесткость пластин на изгиб будет наименьшая или, другими словами, пластины будут изгибаться вокруг оси, относительно которой момент инерции их сечения будет минимальным. Эта ось перпендикулярна длинной стороне пластин и, следовательно, закручивания не будет.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где
- на фиг. 1 показан главный вид муфты - разрез АА;
- на фиг. 2 показан вид слева;
- на фиг. 3 показаны виды и сечения пакета пластин в сборе;
- на фиг. 4 показано место Д на фиг. 1 (увеличено).
Пакеты плоских пружин 5, вставленные в пазы наконечников 3, 4 и закрепленные в них от смещения штифтами 7, образуют кассеты, которые размещаются в полумуфтах 1 и 2. Штифты 7 входят в соответствующие отверстия плоских пружин по посадке зазором, поскольку муфты могут соединять несоосные валы. С целью предотвращения выпадения кассет из полумуфты 1, используются: внутреннее разрезное пружинное плоское упорное кольцо 8, увеличенные шайбы 10, гайки 9 навернутые на резьбовые стержни 11 наконечников 3. В этом случае наконечники 3 вместе плоскими пружинами могут поворачиваться вокруг своей оси во втулках 6, которые установлены в соответствующих отверстиях полумуфты 1 по посадке с натягом. Втулки 6 - стальные большой твердости или сделаны из антифрикционных материалов. Втулки необходимы, чтобы не изнашивались гнезда полумуфт. В полумуфте 2 наконечники 4 могут, как перемещаться вдоль оси во втулках 6, так и поворачиваться вокруг своей оси, поскольку установлены в них с зазором. Осевые перемещения имеют место при соединении муфтой несоосных валов.
Сборка заявляемой муфты.
Назначение муфт приводов - соединять валы агрегатов с целью передачи крутящего момента. Порядок сборки следующий:
- на валы соединяемых агрегатов устанавливаются полумуфты 1 и 2;
- агрегаты с закрепленными полумуфтами располагаются относительно друг друга так, чтобы оси валов были по возможности соосными и расстояние между полумуфтами обеспечивало бы установку пакетов плоских пружин;
- в расположенные напротив друг друга соосно отверстия полумуфт вставляются пакеты плоских пружин, но без увеличенных шайб 10 и гаек 9;
- после установки пакетов, в проточку полумуфты 1 вставляется внутреннее разрезное пружинное плоское упорное кольцо 8 и на резьбовые стержни 11 наконечников 3 накручиваются гайки 9 с подложенными под них увеличенными шайбами 10.
Муфта, соединяющая валы агрегатов, собрана.
Работа заявляемой муфты. При передаче крутящего момента полумуфты 1 и 2 поворачиваются относительно друг друга на угол ϕ. Наконечники 3 и 4 вместе с плоскими пружинами 5 самоустанавливаются таким образом, чтобы момент сопротивления пластин изгибу был наименьший. Самоустановка пакетов возможна, поскольку наконечники 3 и 4 (и пластины тоже) могут поворачиваться вокруг своей оси. В этом случае имеет место только изгиб пластин, а закручивания нет. Напряжение пластин уменьшилось по сравнению с прототипом, а долговечность увеличилась.
Механическая энергия, расходуемая на деформацию пластин, уменьшилась, поскольку нет их закручивания, а только изгиб. Следовательно, по сравнению с муфтой-прототипом коэффициент полезного действия увеличивается.