МУФТА ШАРНИРНАЯ
CLUTCH ARTICLE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности авиастроения и может быть использовано в приводных и передаточных механизмах для передачи вращающихся моментов в условиях, когда оси соединяемых валов могут быть расположены под углом друг к другу, а угловые скорости вращения ведущего и ведомого вала должны совпадать.
Известна муфта равных угловых скоростей, содержащая ось вращения входного вала, ось вращения выходного вала, регулирующий механизм, U-образную вилку выходной оси, имеющую регулирующий штифт выходной оси, прикрепленный к одному плечу вилки выходной оси, причем ось регулирующего штифта выходной оси находится в плоскости, образуемой выходной осью и осью, образуемой цапфами вилки выходной оси, и пересекает геометрический центр муфты, кроме того, муфта включает выступ входной оси, имеющий регулирующий штифт входной оси, а регулирующий механизм выполнен с возможностью удерживания по меньшей мере частей муфты для получения характеристик равных угловых скоростей (патент RU №2292494, МПК8 F16D 3/30, опубл. 27.01.2007).
Недостатком устройства является технологическая сложность изготовления конических поверхностей деталей шарнира, а также низкий передаваемый момент из-за высоких контактных напряжений на линиях между роликами и пазами полумуфт.
Известен карданный шарнир, содержащий полумуфты, выполненные в виде вилок с проушинами, игольчатые подшипники, крестовину с на шипах которой установлены втулки, радиальные и осевые уплотнения, при этом втулки выполнены в виде стакана и установлены на шипах основанием вверх, кроме того, в основании корпуса игольчатого подшипника и упомянутой втулки выполнены центральные осевые отверстия в виде правильного выпуклого многоугольника, а между основанием корпуса игольчатого подшипника и крышкой установлен уплотнительный элемент (Патент RU №2232309; МПК F16C 11/06, опубл. 10.07.2004).
Недостатком карданного шарнира является технологическая сложность изготовления, в том числе связанная с применением игольчатых подшипников, а также низкий передаваемый момент из-за высоких контактных напряжений на линиях между шипами и проушинами полумуфт.
Прототипом изобретения выбрана Шарнирная муфта, содержащая первую полумуфту выполненную со сферической поверхностью и вторую полумуфту, выполненную из двух частей, соединенных разъемным соединением, первая полумуфта и первая - основная часть второй полумуфты снабжены элементами для жесткого закрепления валов, при этом основная часть второй полумуфты выполнена со сферической полостью, в которой размещена первая полумуфта, в сферической полости установлены переходные элементы, выполненные в виде четырех сферических сегментов, сопряженных между собой боковыми поверхностями, при этом сферическая поверхность контактирует с внутренними поверхностями сегментов с возможностью скольжения по ним, а внешние поверхности сегментов контактируют с внутренней поверхностью сферического гнезда с возможностью скольжения по ней при перекосе валов, причем одна пара противолежащих сегментов шарнирно связана со сферическим наконечником, а другая пара противолежащих сегментов шарнирно связана со сферическим гнездом.
Шарнирная муфта (Патент RU №2473827; МПК F16D 3/20; опубл. 27.01.2013)
Недостатком прототипа является возможное несовпадение угловых скоростей вращения первой и второй полумуфты, связанное с проскальзыванием сферического наконечника относительно сферических сегментов, а также низкая технологичность конструкции, связанная с необходимостью обработки сферических элементов, а также необходимостью фиксации радиального положения каждого сегмента.
При создании изобретения решалась задача создания Муфты шарнирной, допускающей передачу крутящего момента между валами с одинаковой угловой скоростью и технологичной при изготовлении.
Поставленная задача решается конструкцией муфты шарнирной, содержащей первую полумуфту, выполненную со сферической поверхностью и вторую полумуфту, выполненную из двух частей, соединенных разъемным соединением, первая полумуфта и первая - основная часть второй полумуфты снабжены элементами для жесткого закрепления валов, при этом основная часть второй полумуфты выполнена с полостью, в которой размещена первая полумуфта,
муфта оборудована пальцем, закрепленным в основной части второй полумуфты и коническими втулками, установленными во второй полумуфте соответственно, находящимися конусными поверхностями в контакте со сферической поверхностью первой полумуфты, с возможностью ее скольжения по этим поверхностям, при этом первая полумуфта выполнена со сквозной прорезью через которую проходит палец, и геометрические размеры контура прорези обеспечивают вращение первой полумуфты относительно оси перпендикулярной плоскости, проходящей через ось пальца и ось муфты.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения является передача вращающих моментов между полумуфтами без изменения угловых скоростей, снижение удельной нагрузки полумуфт в зоне контакта и в улучшении технологичности изготовления деталей конструкции.
В частных случаях исполнения:
для обеспечения технологичности изготовления и возможности регулирования усилия прижатия конических втулок к сферической поверхности первой полумуфты, основная часть второй полумуфты может быть выполнена в виде стакана, а вторая часть в виде накидной гайки;
для оптимизации контактных усилий при изменении положений полумуфт относительно друг друга, контур сквозной прорези может охватывать геометрический центр сферической поверхности;
для уменьшения сдавливающего усилия в конических втулках при пуске и при изменении положений полумуфт относительно друг друга, конические втулки могут быть установлены во второй полумуфте по скользящей посадке;
для оптимизации поверхности контакта конусных втулок со сферической поверхностью первой полумуфты, конические втулки, могут быть выполнены из фторопласта;
для повышения долговечности конструкции, сферическую поверхность первой полумуфты хромируют.
Для пояснения сущности изобретения используются следующие графические материалы
Фиг. 1 Муфта шарнирная, изометрическое изображение;
Фиг. 2 Осевое сечение Фиг. 1 плоскостью проходящей через ось пальца;
Фиг. 3 Осевое сечение Фиг. 1 плоскостью перпендикулярной оси пальца;
Фиг. 4 Сечение Фиг. 1 плоскостью перпендикулярной оси пальца в случае шарнирного поворота первой полумуфты относительно второй полумуфты;
Фиг. 5 Сечение Фиг. 1 плоскостью проходящей через ось пальца в случае поворота первой полумуфты относительно второй полумуфты.
Муфта шарнирная (Фиг. 1-3) содержит первую полумуфту 1 и вторую полумуфту 2.
Первая полумуфта 1 выполнена со сферической поверхностью 3.
Вторая полумуфта выполнена из двух частей 4,5, соединенных разъемным соединением.
Первая полумуфта 1 и первая - основная часть 4 второй полумуфты снабжены элементами 6,7 для жесткого закрепления валов, например торцевыми поверхностями под сварку, или полостями со шлицевыми углублениями для соединения.
Основная часть второй полумуфты выполнена с полостью 4, в которой размещена первая полумуфта 1.
Муфта оборудована пальцем 9, закрепленным в основной части второй полумуфты 4 и коническими втулками 10,11, установленными в основной части 4 второй полумуфты соответственно (Фиг. 1-6).
Конусные поверхности 12,13 конических втулок 10,11 находятся в контакте со сферической поверхностью 3 первой полумуфты, 1.
Усилие прижатия конусных поверхностей конических втулок 10, 11 к сферической поверхности 3 обеспечивают возможность возможностью ее скольжения по этим поверхностям.
Первая полумуфта выполнена со сквозной прорезью 8 через которую проходит палец 9. Геометрические размеры контура прорези 8 обеспечивают вращение первой полумуфты относительно оси перпендикулярной плоскости, проходящей через ось пальца 14 и ось муфты.
Геометрические размеры контура прорези определяются экспериментально с учетом крайнего положения, которое должны занимать проекции осей присоединяемых валов на плоскость, проходящую через ось пальца в механизме, использующем муфту.
Для обеспечения технологичности изготовления и возможности регулирования усилия прижатия конических втулок к сферической поверхности первой полумуфты, основная часть второй полумуфты 4 может быть выполнена в виде стакана, а вторая часть 5 в виде накидной гайки, навинченной на торец основной части после размещения в полости основной части первой полумуфты.
Поскольку детали конструкции не требуют при изготовлении специфической оснастки для выполнения сферических элементов и не требуется отдельное позиционирование сферических сегментов, достигается технологичность изготовления.
Муфта используется в конструкции механизмов предполагающих передачу вращательного момента между двумя валами оси которых располагаются, или могут быть перемещены в процессе работы механизма под углом друг к другу, например в передаточных механизмах приводов аэродинамических поверхностей крыла самолета.
Конструкция муфты обеспечивает поворот первой и второй полумуфты друг относительно друга по двум степеням свободы - поворот относительно оси пальца (Фиг. 4) и поворот относительно оси перпендикулярной плоскости, проходящей через ось пальца и ось муфты в пределах геометрического размера контура прорези (Фиг. 5).
При осуществлении поворотов происходит контакт между конусными поверхностями конических втулок и сферической поверхностью и контакта поверхности пальца с контуром поверхности паза.
Для оптимизации контактных усилий при изменении положений полумуфт относительно друг друга, контур сквозной прорези 8 может охватывать геометрический центр сферической поверхности 15, чтобы поверхности контакта были определены радиусом сферы R.
При вращении ведущего вала вращательный момент передается одной из полумуфт, которая, посредством контакта поверхности пальца с контуром поверхности паза, передает вращательный момент на другую полумуфту. Поскольку палец жестко закреплен в основной части второй полумуфты, исключается проскальзывание и обеспечивается вращение ведущего и ведомого валов с одинаковыми угловыми скоростями. Наличие контакта между конусными поверхностями конических втулок со сферической поверхностью уменьшает усилие, создаваемое на пальце и допускает увеличение передаваемого крутящего момента и задает фиксированное положение центра сферической поверхности 15.
Для уменьшения сдавливающего усилия в конических втулках при пуске и при изменении положений полумуфт относительно друг друга, конические втулки 10,11 могут быть установлены в основной части 4 второй полумуфты по скользящей посадке, например H9/h7. При этом в случае возникновения сдавливающего усилия, втулки будут проворачиваться относительно частей второй полумуфты без возможности их механического разрушения.
Для оптимизации поверхности контакта конусных втулок со сферической поверхностью 3 первой полумуфты, допускающее их притирание к поверхности, конические втулки 10,11, могут быть выполнены из фторопласта, например пластины Ф-4 10 высшего сорта ТУ 6-05-810-88.
Для повышения долговечности конструкции, сферическая поверхность первой полумуфты может выть хромирована, с целью повышения ее твердости в зонах контакта. Хромирование может быть выполнено методом окунания, с учетом ОСТ 1 90171-83 Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Выбор видов и толщин.