Пружна муфта для з’єднання валів

Реферат: Винахід належить до машинобудування деталей машин загально технічного призначення, зокрема до пружних муфт - механізмів, призначених для з'єднання співвісних валів і передачі ними крутного моменту від ведучого вала до веденого. Пружна муфта для з'єднання валів містить цільну циліндричну втулку, яка охоплює кінці з'єднуваних валів, дві еластичні прокладки та два пружинних розрізних кільця з обох торців втулки. В цільній циліндричній втулці між валами розміщена циліндрична вставка, зовнішній діаметр якої дорівнює діаметру з'єднуваних валів, при цьому відповідні торцеві поверхні циліндричної вставки й валів симетрично скошені під кутом і мають форму еліпса, а еластичні прокладки виконані також у формі еліпса та розміщені між торцями валів і циліндричної вставки. Винахід дозволяє вдосконалити і збільшити міцність конструкції пружної муфти для з'єднання валів, а також здійснювати передачу більшого крутного моменту. UA 108920 C2 (12) UA 108920 C2 UA 108920 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до машинобудування деталей машин загальнотехнічного призначення, зокрема, до пружних муфт - механізмів, призначених для з'єднання співвісних валів і передачі ними крутного моменту від ведучого вала до веденого. Найбільше поширення одержали пружні муфти, які при передачі крутного моменту дозволяють компенсувати незначні відхилення валів (радіальні, осьові, кутові, іноді і їхньої комбінації) від їх правильного геометричного розташування. Крім того, наявність будь-якого пружного елемента в складі таких муфт дає можливість згладжувати (демпфірувати) різкі зміни величини переданого крутного моменту. Відома "Муфта" (деклараційний патент України 11911, опуб. 16.01.2006, Бюл. № 1), яка містить дві півмуфти з фланцями та отворами, що жорстко поєднані між собою. В отвори півмуфт, які виконано конічними, додатково встановлено цангову втулку, яка має внутрішню циліндричну поверхню та зовнішню поверхню, що містить три частини, дві крайні з яких виконано конічними розрізними (у вигляді цанг), а третю середню частину виконано циліндричною суцільною. При цьому конусність отворів півмуфт дорівнює конусності відповідних крайніх частин зовнішньої поверхні втулки. Така конструкція муфти має ряд суттєвих недоліків. Незважаючи на те, що передача крутного моменту від одного вала до іншого відбувається послідовно за рахунок сил тертя між валами і втулкою та цією ж втулкою з півмуфтами, в кінцевому рахунку крутний момент передається через болти, які піддають деформації розтягання та зрізу. Відомо, що деформація зрізу має найнижчі припустимі напруження. Муфта має обмеження при передачі крутного моменту, оскільки для досягнення достатніх сил тертя потрібні великі осьові зусилля по стягненню фланців півмуфт болтами. Крім того, збирання муфти потребує як виконання високої точності розмірів деталей (конусності цангової втулки і півмуфт), так і їх геометричного розташування. Відома пружна муфта для з'єднання валів (Патент Російської Федерації 2057259, "Жёсткая неподвижная муфта" F16D1/02, опубл. 27.03.1996), що містить дві півмуфти із фланцями та стягуючі нарізні елементи, які розташовано в отворах фланців. Отвори у фланцях розташовано перпендикулярно до осі муфти в зоні їхнього стику, а стягуючі елементи пов'язано з першою півмуфтою за допомогою нарізного з'єднання. Площину стику фланців зміщено щодо осі стягуючих елементів у бік першої півмуфти. Другий стик фланців виконано у формі конусної поверхні, розташованої в зоні отворів фланців під стягуючі елементи з вершиною, спрямованою у бік першої півмуфти під певним кутом між утворюючою конусною поверхнею й віссю муфти. Основним і головним недоліком такої муфти є те, що стягуючі елементи у вигляді болтів, що передають необхідний крутний момент при обертанні валів, зазнають деформації зрізу, а також під впливом відцентрових сил додатково й деформації розтягання. Відомо, що деформація зрізу має найменші припустимі напруження, у порівнянні з іншими деформаціями (розтягання, стиск, вигин й ін.). Крім того, недоліком конструкції муфти є те, що обидві півмуфти встановлено на валах за допомогою шпонкових з'єднань (це видно на фіг. 1, але в описі це не відзначено), що послабляє їхній поперечний переріз. Найбільш близьким по технічній суті й сукупності ознак є "Пружна муфта для з'єднання валів" (Патент України на винахід № 89108, F16D1/02, F16D3/00, опуб. 10.09.2008, Бюл. № 17), що містить цільну циліндричну втулку, усередині якої розміщено дві півмуфти, дві плоскі еластичні прокладки, два розрізних кільця, установлених на зовнішніх циліндричних поверхнях півмуфт, а на кінцях валів виконано дві плоскі паралельні лиски. Внутрішню поверхню півмуфт утворено двома однаковими циліндричними поверхнями, сполученими плоскою поверхнею відповідно до конструкції з'єднуваних валів, при цьому площина рознімання півмуфт паралельна плоским лискам. Недолік пружної муфти полягає в тому, що виконання двох паралельних лисок на з'єднуваних валах значно послабляє поперечний переріз валів, що обмежує величину переданого крутного моменту. Крім того, при передачі крутного моменту на плоских лисках і контактуючих з ними відповідних поверхнях півмуфт виникають значні контактні напруження. Для їхнього зниження необхідно збільшувати довжину лисок і півмуфт, що в різних механізмах не завжди можливо. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції пружної муфти для з'єднання валів, у якій за рахунок перерозподілу напруження на додаткові елементи муфти збільшується міцність конструкції та здійснюється передача більшого крутного моменту. Поставлена задача вирішується тим, що в пружній муфті для з'єднання валів, яка містить цільну циліндричну втулку, дві плоскі еластичні прокладки, два пружинних розрізних кільця, відповідно до винаходу, в цільній циліндричній втулці розміщено циліндричну вставку, зовнішній діаметр якої дорівнює діаметру з'єднуваних валів, при цьому контактуючі торцеві поверхні циліндричної вставки й валів симетрично скошено під кутом і мають форму еліпса, а еластичні 1 UA 108920 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 прокладки виконано також у формі еліпса та розміщено між торцями валів і циліндричною вставкою. Циліндрична вставка, у якій контактуючі торцеві поверхні виконано у формі еліпса, дозволяє здійснювати передачу крутного моменту від ведучого вала до веденого, а виникаючі при цьому напруження зминання розподіляються рівномірно на контактуючих поверхнях валів, внаслідок чого збільшується міцність конструкції та можливість передачі більшого крутного моменту. Вибір кута скосу торцевих поверхонь валів і вставки залежить від величини переданого крутного моменту й діаметра з'єднуваних валів: чим більше переданий крутний момент, тим кут скосу а більше й навпаки. Наявність еластичних прокладок дозволяє з одного боку компенсувати при складанні припустимі відхилення валів від їхнього правильного геометричного розташування, з іншого згладжувати (демпфірувати) різкі зміни величини переданого крутного моменту, забезпечуючи плавну безшумну роботу муфти. Напруження зминання, що виникають при передачі крутного моменту від ведучого вала до веденого, рівномірно розподіляються на еластичних прокладках, а також на контактуючих поверхнях валів, внаслідок чого збільшується міцність конструкції та можливість передачі збільшеного крутного моменту. Суть винаходу пояснює креслення. Фіг. 1 - фронтальна проекція муфти в розрізі, Фіг. 2 - вигляд А зверху муфти, Фіг. 3 - вигляд Б знизу муфти, Фіг. 4 - розріз В-В муфти. Запропонована пружна муфта для з'єднання валів містить цільну циліндричну втулку 1, у якій установлено циліндричну вставку 2, дві еластичні прокладки 3, з'єднувані співвісні вали 4 і 5. Торцеві робочі поверхні циліндричної вставки 2 і з'єднуваних валів 4 і 5 скошено під кутом α і являють собою плоскі поверхні еліптичної форми. З обох торців втулки 1 на валах 4 і 5 установлено стандартні розрізні пружинні кільця 6. Складання пружної муфти відбувається в такий спосіб. На один з кінців співвісних з'єднуваних валів 4 або 5 до початку монтажу встановлюється цільна циліндрична втулка 1 і відводиться уздовж осі вала. Поворотом одного з валів 4 або 5 вали орієнтують так, щоб їхні торцеві поверхні становили кут , після чого між валами встановлюється циліндрична вставка 2 і дві еластичні прокладки 3. Далі втулка 1 переміщується уздовж осі й установлюється симетрично щодо вставки 2, забезпечуючи робочий стан. Від осьового зсуву втулка 1 фіксується стандартними розрізними пружинними кільцями 6. Складання завершено. Розбирання здійснюється у зворотному порядку. Пружна муфта для з'єднання валів працює у такий спосіб. Крутний момент від одного вала до іншого (4 або 5) передається через їхні контактуючі торцеві еліпсні поверхні, еластичні прокладки 3 з торцевими робочими еліпсними поверхнями вставки 2. При передачі крутного моменту на контактуючих торцевих еліпсних поверхнях з'єднуваних валів 4, 5 і вставки 2 виникають радіальні й осьові зусилля. Радіальні зусилля сприймаються втулкою 1 і рівномірно розподіляються на її внутрішній поверхні і являють собою деформацію зминання, що у порівнянні з іншими деформаціями в опорі матеріалів мають найбільші припустимі напруження. Осьові зусилля сприймають стандартні підшипникові вузли (не показано), зазвичай встановлювані в механізмах з обертовими валами. Наявність еластичних прокладок 3 дозволяє з одного боку компенсувати при складанні припустимі відхилення валів від їхнього правильного геометричного розташування, з іншого - згладжувати (демпфірувати) різкі зміни величини переданого крутного моменту, забезпечуючи плавну безшумну роботу муфти. Вибір і розрахунок кута  - кута скосу торцевих поверхонь з'єднуваних валів 4, 5 і вставки 2 залежить від величини переданого крутного моменту й діаметра з'єднуваних валів: чим більше переданий крутний момент, тим кут  більше й навпаки. Запропонована пружна муфта дозволяє, не порушуючи властивостей, передавати крутний момент у реверсному режимі. Крім того, слід зазначити, як перевагу, простоту технології виготовлення муфти. З'єднувані вали і циліндрична вставка можуть бути виготовлені на одному підприємстві з єдиної заготовки точінням одного номінального діаметра з'єднуваних валів з подальшим фрезеруванням (розрізанням) вставки. Це істотно поліпшує якість складання, тому що повністю виключає не співвісність валів і вставки. 2 UA 108920 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Пружна муфта для з'єднання валів, що містить цільну циліндричну втулку, яка охоплює кінці з'єднуваних валів, дві еластичні прокладки та два пружинних розрізних кільця з обох торців втулки, яка відрізняється тим, що в цільній циліндричній втулці між валами розміщена циліндрична вставка, зовнішній діаметр якої дорівнює діаметру з'єднуваних валів, при цьому відповідні торцеві поверхні циліндричної вставки й валів симетрично скошені під кутом і мають форму еліпса, а еластичні прокладки виконані також у формі еліпса та розміщені між торцями валів і циліндричної вставки. 3 UA 108920 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4