DD284730A5 - TURN STARTER CLUTCH FOR TRANSMITTING HIGH SPEEDS AND / OR TORSION FORCE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine drehstarre Kupplung zur UEbertragung hoher Drehgeschwindigkeiten und/oder Torsionskraefte, die bei der Verbindung von Maschinenelementen, insbesondere Wellen, die axial fluchtend oder nichtfluchtend angeordnet sein koennen, angewendet werden kann. Ziel und Aufgabe der Erfindung sind es, eine Loesung vorzuschlagen, welche im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen sowohl eines niedrigen Fertigungsaufwandes bedarf und eine hohe Standzeit besitzt als auch bei groszer Robustheit und kurzer Einbaulaenge eine spielfreie und weitgehend schwingungsfreie UEbertragung der Torsionskraefte auf die fluchtend oder mit relativ groszem Winkel nichtfluchtend zueinander angeordneten Maschinenelemente gewaehrleistet. Dies wird dadurch erreicht, dasz zwischen zwei im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelementen, welche an den Maschinenelementen torsionssicher befestigt sind, Lagerelemente angeordnet sind, die ueber Verbindungselemente miteinander in Verbindung stehen und welche selbst nicht auf Torsion beansprucht werden, sondern nur zum Ausgleich des Winkels zwischen den Maschinenelementen dienen. Fig. 1{Kupplung; Drehgeschwindigkeit; Torsionskraefte; Maschinenelement; Fertigungsaufwand; Standzeit; Robustheit; Einbaulaenge; Drehelemente; Lagerelemente; Verbindungselemente; Ausgleich; Winkel}The invention relates to a torsionally rigid coupling for the transmission of high rotational speeds and / or Torsionskraefte, which can be used in the connection of machine elements, in particular shafts, which can be arranged axially aligned or non-aligned. The aim and object of the invention are to propose a solution which requires both a low production cost compared to known devices and has a long service life as well as great robustness and short installation length a backlash-free and largely vibration-free transmission of Torsionskraefte on the aligned or relative great angle non-aligned to each other arranged machine elements gewaehrleistet. This is achieved by arranging bearing elements between two essentially planar surfaces, which are fastened to the machine elements in torsion-proof manner, bearing elements which are connected to one another via connecting elements and which themselves are not subjected to torsion, but only to compensate the angle between them serve the machine elements. Fig. 1 {coupling; Speed of rotation; torsion; Machine element; Production expense; Life; Robustness; Einbaulaenge; Rotating elements; Bearing elements; Fasteners; Compensation; Corner}
Description
A 28473 СA 28473 С
Titel der ErfindungTitle of the invention
Drehstarre Kupplung zur üebertragung hoher Drehgeschwindigkeiten und/oder TorsionskraefteTorsionally rigid coupling for transmitting high rotational speeds and / or torsional forces
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die drehstarre Kupplung wird zur Üebertragung hoher Drehgeschwindigkeiten und/oder Torsionskraefte bei der Verbindung von Maschinenelementen, insbesondere Wellen, die axial fluchtend oder nichtfluchtend angeordnet sein koennen, angewendet.The torsionally rigid coupling is used to transmit high rotational speeds and / or Torsionskraefte in the connection of machine elements, in particular shafts, which may be arranged axially aligned or non-aligned.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Kupplungen zur Üebertragung hoher Drehgeschwindigkeiten und/oder Torsionskraefte sind bekannt. In dem Artikel "Querbewegliche Kupplungen - Strukturelle und kinematische Systematisierung" -(Antriebstechnik 10 (1971) Nr.Ii, S.409-419) werden eine Vielzahl verschiedener Kupplungen beschrieben. Die Alsthom-Kupplung ist in der Lage, hohe Geschwindigkeiten und hohe Torsionskraefte zu uebertragen, wenn die zu verbindenden Maschinenelemente fluchten. Ist dies jedoch nicht der Fall, kommt es zu Winkelschwankungen und Schwingungen im System. Die Kaerger—Kupplung und die Krawtschenko-Kupplung' vermeiden zwar einige Nachteile der A1 s t. η о m — K u ρ ρ 1 u η g ,, w e i s e η j e d о с h a η el e r e U η ζ u 1 a e η g 1 i. с h к e i t e η a u f . So wird beispielsweise die relative seitliche Bewegung zwischen benachbarten Elementen bei nichtf 1 Lichtender Betriebsweise auf die Translationsbewegung durch die Anordnung der Verbindungsglieder der Kupplung zwischen den Drehelernenten parallel zueinander begrenzt, wodurch infolge der Aenderung der Verbindungsglieder auch die Symmetrie geaendert wird., so dass derartige KupplLtngen bei fluchtender Betriebsweise nicht symmetrisch bezueglich der Drehachse sind, was unter gewissen Umstaenden zu einem Schwingungs— Ungleichgewicht bzw» zur Unwucht fuehrt, die mit wachsender Abweichung von der fluchtenden Stellung groesser wird. Die Oldham-Kupplungen haben den Nachteil,, dass im Falle grosser Achsenabwei-Couplings for transmitting high rotational speeds and / or Torsionskraefte are known. In the article "Transversely moving couplings - structural and kinematic systematization" - (Antriebstechnik 10 (1971) Nr.Ii, p.409-419) a variety of different couplings are described. The Alsthom coupling is capable of transferring high speeds and high torsional forces when the machine elements to be connected are aligned. However, if this is not the case, angular fluctuations and vibrations occur in the system. Although the Kaerger clutch and the Kravchenko clutch avoid some disadvantages of the A1 s t. η о m - K ρ ρ 1 u η g, show η each о ha ha ere ere ere ere 1 1 1 1 ae η g 1 i. η h ete η. Thus, for example, the relative lateral movement between adjacent elements in non-operational modes is limited to translational motion by the arrangement of the coupling links between the rotary elements parallel to each other, thereby also changing the symmetry due to the change in the links, so that such clutches are included aligned operation are not symmetrical with respect to the axis of rotation, which leads under certain circumstances to a vibration imbalance or »unbalance, which becomes larger with increasing deviation from the aligned position. The Oldham couplings have the disadvantage that, in the case of large axle deflections,
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chungen die Oleitgeschwmdigk eiten und somit die Reibungsverluste gross sind. Bei grossen Winkelgeschwindigkeiten muss die wirkende Traegheitskraft ausgewuchtet werden. Dies ist jedoch nicht einfach mit Hilfe von Gegengewichten moeglich, weshalb diese bupplungen nicht zugleich bei grosser Drehzahl und bei grossen Achsenabweichungen eingesetzt werden. Hinzu kommt, dass die Standzeit derartiger kupplungen infolge eines hohen Verschleisses relativ gering ist. Ausserdem entstehen durch die bei der Herstellung der kupplungen notwendigen Praezisionsarbeit hohe Fertigungsk osten.The high speed and the frictional losses are high. At high angular velocities, the effective traction force must be balanced. However, this is not easy with the help of counterweights possible, which is why these bupplungen are not used at the same time at high speed and large axis deviations. In addition, the service life of such couplings is relatively low due to high wear. In addition, due to the precision work required in the manufacture of the couplings, high production costs arise.
In DE-OS 23 55 108 wird eine Kupplung beschrieben, die sowohl bei fluchtender als auch bei nichtfluchtender Anordnung der zu kuppelnden Wellen mit hoher Geschwindigkeit arbeitet und grosse Torsionsl' raef te uebertragen soll. Durch das Auftreten vertikaler Hraefte jedoch werden die Wellen auf Biegung bzw. die Lager in vertikaler Richtung stark belastet.In DE-OS 23 55 108 a coupling is described, which works both at aligned as well as in non-aligned arrangement of the waves to be coupled at high speed and large Torsionsl 'raef te transferred. However, by the occurrence of vertical Hraefte the waves are heavily loaded on bending and the bearings in the vertical direction.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine drehstarre Kupplung vorzuschlagen, welche im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen sowohl eines niedrigen Fertigungsaufwandes fuer ihre Herstellung bedarf als auch eine hoehere Standzeit besitzt, ohne Embussen besonders hinsichtlich ihrer Leistungsparameter Arbeitsgeschwindigkeit und Hoehe der Torsionskraftuebertragung hinnehmen zu muessenIt is the object of the invention to provide a torsionally rigid coupling, which in comparison to known devices both a low production cost for their production requires and has a higher life, without having to accept embuses especially in terms of performance parameters working speed and height of Torsionskraftuebertragung
Darlegung des Wesens der Erfindung Darlag County ung of the We sens of Erf indung
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine kupplung mit grosser Robustheit zu entwickeln, die bei kurzer Einbau!aenqe eine spielfreie und weitgehend schwingungsfгедe Uebertragung der Tnrsion=- l· raef te auf die fluchtend oder mit relativ grossem Hiniel ni>-htfl Lichtend zueinander angeordneten Maschinenelemente stet.The object of the invention is to develop a coupling with great robustness which, in the case of a short installation, provides a backlash-free and largely vibration-transmitting transmission of the friction to the machine elements arranged in alignment or with a relatively large amount of light stet.
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Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass an der Stirnseite eines angetriebenen Maschinenelements ein im wesentlichen ebene Flaechen aufweisendes Drehelement und an der Stirnseite eines abgetriebenen Maschxnenelements ebenfalls ein im wesentlichen ebene Flaechen aufweisendes Drehelement torsionssicher befestigt sind. Die Drehelemente nehmen bei den sich in fluchtender Lage zueinander befindlichen Maschinenelementen eine parallele Stellung zueinander ein. Auf beiden im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelementen sind auf der dem angetriebenen bzw. abgetriebenen Maschinenelement abgewandten Seite Halteelemente in a;:ialer Richtung befestigt. Auf jedem dieser Halteelemente sitzt ein Lagerelement fest auf. Je ein Lagerelement auf den Hai teelernenten des im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelements des angetriebenen Maschinenelements ist mittels eines Verbindungselements mit je einem Lagerelement auf den HaI-teolementen des im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelements des abgetriebenen Maschinenelements fest verbunden. Die Anzahl der notwendigen Verbindungen zwischen den beiden im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelemente haengt ab von dem auszugleichenden Windel Alpha zwischen den in nichtfluchtender Lage zueinander befindlichen Maschinenelementen. Dieser Windel Alpha wird um so Heiner, je groesser die Anzahl der Verbindungselemente ist. Etei zueinander ausschl iessl ich in fluchtender Lage befindlichen Maschmene lernen ten wird die Anzahl der Verbindungselemente lediglich durch die Broesse des Umfangs der im wpsentl ichen ebene Flaechen aufweisenden Drehe lernen te begrenzt.According to the invention, this object is achieved in that on the end face of a driven machine element, a substantially flat surface exhibiting rotating element and on the front side of an aborted Maschxnenelements also a substantially planar surfaces exhibiting rotating element are torsionally secured. The rotating elements occupy a parallel position to each other in the machine elements located in alignment with each other. On both substantially flat surfaces having rotating elements holding elements are fastened in the a: ialer direction on the driven or aborted machine element side facing away. On each of these holding elements sits a bearing element firmly. Depending on a bearing element on the shark teelernenten of the substantially planar surface having rotary member of the driven machine element is fixedly connected by means of a connecting element, each with a bearing element on the HaI teolementen of substantially flat surfaces having rotary member of the aborted machine element. The number of necessary connections between the two substantially planar surfaces having rotary elements depends on the diaper to be compensated alpha between the non-aligned position to each other located machine elements. This Diaper Alpha will Heiner, the greater the number of fasteners. The number of connecting elements is limited only by the size of the turning surface in the wispy plane surface.
Je naeher die Hai teelernente am Rand der im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelemente befestigt sind, desto groesser sind die von der Hupplung uebertragbaren Hraefte, aber um so Heiner wird der ausgleichbare Wirtel Alpha.The closer the shark teelernente are attached to the edge of the substantially planar surfaces having rotary elements, the larger the transferable from the Hupplung Hraefte, but so Heiner is the compensatory Wirtel Alpha.
Der Abstand der Drehelemente voneinander ist so festgeleqt, dass d.ie Lagerelemente in fluchtender Laqe vertii-al mittig ueberemander stellen und die Hoehe der HsIteelernente so bemessen tctH dass die Lagerelement!? bc?i groesstmoegl ich ausg] etchbarem Winl-el Alpha zwischen den Maschinen?lernen ten in nichtfluchtender Laqe die Drehe lernen te=1 nicht beruehren »The distance of the rotating elements from each other is so festgeleqt that d.ie the bearing elements Verti-al in the middle of the cross-over center and the height of the HsIteelernente so dimensioned tct H that the bearing element? bc? i beastly I am able to learn from the machines in non-aligned Laqe the turns do not touch te = 1 »
Die angetriebenen bzw. abgetriebenen Maschinenelemente werden in den meisten Faellen durch Wellen gebildet. Der Einsatz von beispielsweise Achsen und dergleichen ist jedoch auch moeglich.The driven or aborted machine elements are formed by waves in most cases. However, the use of, for example, axes and the like is also possible.
Als im wesentlichen ebene Flaechen aufweisende Drehelemente wef— den in der Regel Scheiben eingesetzt, wobei aber auch die Verwendung.von Zahnraedern und dergleichen moeglich ist.As substantially flat surfaces having rotating elements wef- used the discs usually, but also the use of cogs and the like is possible.
Unter Hai teelernenten sollen beispielsweise Bolzen, Zapfen, Passschrauben, Kolbenstangenkoepfe (Gelenkkoepfe) und dergleichen verstanden werden.By shark teelernenten, for example, bolts, pins, fitting screws, Kolbenstangenkoepfe (joint heads) and the like to be understood.
Als Verbindungselemente werden beispielsweise spezielle Klemmelemente, feste Verbindungselemente und dergleichen eingesetzt.As connecting elements, for example special clamping elements, fixed connecting elements and the like are used.
Als Lagerelemente kommen insbesondere Pendelkugellager, Pendelrollenlager oder Kolbenstangenkoepfe (Gelenkkoepfe) zum Einsatz.In particular, self-aligning ball bearings, spherical roller bearings or piston rod heads (joint heads) are used as bearing elements.
Die Vorteile der erfindungsgemaessen Kupplung gegenueber her— koemmlichen Loesungen kommen besonders dann zum Tragen, wenn das angetriebene und das abgetriebene Maschinenelement in nichtfluchtender Lage zueinander arbeiten. Dabei wird eins der beiden im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelemente beispielsweise am unteren Scheitelpunkt ueber die Senkrechte nach links und um den gleichen Betrag am oberen Scheitelpunkt nach rechts geneigt. Dadurch wird immer ein gleicher Abstand der Lagerelemente des einen vom anderen Drehelement gewaehrleistet. Die Lagerelemente werden nicht auf Torsion beansprucht, sondern dienen nur zum Ausgleich des Winkels des angetriebenen zum abgetriebenen Maschinenelements, d.h. die Lager pendeln nur entsprechend des Winkels. Dadurch erhoeht sich die Standzeit der Lager wesen+· lieh.The advantages of the coupling according to the invention over conventional solutions come into play especially when the driven and aborted machine elements operate in a non-aligned position relative to one another. In this case, one of the two substantially planar surfaces having rotary elements, for example, at the lower vertex about the vertical to the left and inclined by the same amount at the upper vertex to the right. As a result, an equal distance of the bearing elements of one of the other rotary element is always guaranteed. The bearing elements are not subjected to torsion, but serve only to balance the angle of the driven to the aborted machine element, i. The bearings only oscillate according to the angle. This increases the service life of the bearings + · lent.
Die drehstarre Hupplung xst zwar fuer hohe Drehgeschwmdigl·eiten und/oder Torsionsl·raefte besonders geeignet, l·ann aber natuerlich auch fuer niedrige Drehqeschwmdigl·eiten und/oder Torsionskraefte eingesetzt werden.Although the torsionally rigid yoke is particularly suitable for high rotational speed and / or torsion speeds, it can of course also be used for low torsional vibration resistances and / or torsional forces.
Der Aufbau und die Funl·tionsweise der drehstarren Kupplung sollen nachstehend anhand von Ausfuehrungsbeispielen erlaeutert werden. In der zugehoerigen Zeichnung zeigenThe construction and the mode of operation of the torsionally rigid coupling will be explained below on the basis of exemplary embodiments. In the accompanying drawing show
Fig. 1 einen Teilschnitt entlang der Linie B-B der Fig. 2, 3 und 4 durch die Kupplung mit einem Bolzen als Halteelement und einem Pendell·ugellager als Lagerelement1 shows a partial section along the line B-B of FIGS. 2, 3 and 4 through the coupling with a bolt as a retaining element and a spherical bearing as a bearing element
Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 durch die kupplung mit drei VerbmdungselementenFig. 2 is a partial section along the line A-A of Fig. 1 by the coupling with three Verbmdungselementen
Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 durch die kupplung mit zwei VerbindungselementenFig. 3 is a partial section along the line A-A of Fig. 1 by the coupling with two connecting elements
Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 durch die Kupplung mit 12 Verbmdungselemen tenFig. 4 is a partial section along the line A-A of Fig. 1 th by the coupling with 12 Verbmdungselemen th
Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie B-B der Fiq. 2, 3 und 4 durch die kupplung mit einem Holbenstangenl·opf (Sei en Hopf) als Halte- und LagerelementFig. 5 is a partial section along the line B-B of Fiq. 2, 3 and 4 by the coupling with a HolbenstangenlÖpf (Sei en Hopf) as a holding and bearing element
An der Stirnseite eines angetriebenen Maschinenelements 1 ist ьлі .im wesentlichen ebene Flaechen aufweisendes Drehelement 3 und an der Stirnseite eines abgetriebenen Maschinenelemente 2 ebenfalls ein im wesentlichen ebene Flaechen aufweisendes Drehelpment 4 torsionssicher befestigt. Die Maschinenelemente 1 und 2 werden in den Auefuehrungtsbeispielen n;ch den Fiy. 1 und Ь in Form einer Welle gebildet, waehrend das Drehelement 3 bzw. 4 beispK'lhdf L cil=> Scheibe· dargestellt ist. Die Drehe lernen te 3 und 4 nehinen bei den sich in fluchtender Lage zueinander be find Il-On the front side of a driven machine element 1 is ьлі .With substantially flat surfaces exhibiting rotary member 3 and on the front side of an aborted machine elements 2 also has a substantially flat surfaces having Drehelpment 4 torsionssicher. The machine elements 1 and 2 will be described in the exemplary embodiments. 1 and Ь formed in the form of a wave, while the rotary member 3 and 4 beispK'lhdf L cil => disc is shown. The turns learn 3 and 4 in which they are in an aligned position relative to each other.
chen Maschinenelementen 1 und 2 eine parallele Stellung zueinander ein. Auf den im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelementen 3 bzw. 4 sind auf der dem angetriebenen 1 bzw. abgetriebenen Maschinenelement 2 abgewandten Seite Halteelemente 5 bzw. h in axialer Richtung befestigt. Als Halteelemente 5 bzw. 6 sind in den Beispielen gemaess der Fig. 1 bis 4 Bolzen bzw. Zapfen und im Beispiel gemaess der Fig. 5 Kolbenstangenkoepfe (Gelenkkoepfe) dargestellt. Im Ausfuehrungsbeispiel nach Fig. 2 sind je drei Halteelemente 5 bzw. 6 auf den Drehelementen 3 bzw. 4 in einem Winkel von 120 ° zueinander angebracht, womit ein Winkel Alpha von 5 =· ausgleichbar ist. Die Ausfuehrungsform mit je zwei Halteelementen 5 bzw. 6 gemaess Fig.Chen machine elements 1 and 2 a parallel position to each other. On the substantially flat surfaces having rotating elements 3 and 4 are on the driven side 1 or aborted machine element 2 side facing away from holding elements 5 and h fixed in the axial direction. As holding elements 5 and 6 are in the examples according to FIGS. 1 to 4 bolts or pins and in the example according to FIG. 5 piston rod heads (joint heads) shown. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, three holding elements 5 and 6 are respectively mounted on the rotary elements 3 and 4 at an angle of 120 ° to each other, whereby an angle alpha of 5 = · can be compensated. The Ausfuehrungsform with two holding elements 5 and 6 as shown in FIG.
3 ist in der Lage, einen Winkel Alpha von 6 ° auszugleichen, waehrend mit der Ausfuehrungsform gemaess Fig. 4 zwar hoehere Torsionskraefte aber nur ein Winkel von 0,5 β ausgleichbar sind. Auf jedem der Halteelemente 5 bzw. 6 sitzt ein Lagerelement 8 bzw. 9 fest auf. In Fig. І ist dieses Lagerelement 8 bzw. 9 ein Pendelkugellager, waehrend es in der Ausfuehrungsform nach Fig. 5 ein Kolbenstangenkopf (Gelenkkopf) ist. Je ein Lagerelement 8 auf den Hai teelernen ten 5 des im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelements 3 des angetriebenen Maschinenelements3 is able to compensate for an angle alpha of 6 °, while with the embodiment according to FIG. 4, although higher torsional forces but only an angle of 0.5 β can be compensated. On each of the holding elements 5 and 6 sits a bearing element 8 and 9 firmly on. In Fig. Dieses, this bearing element 8 and 9, a self-aligning ball bearings, while it is in the embodiment of FIG. 5 is a piston rod head (condyle). Depending on a bearing element 8 on the shark teelernen th 5 of the substantially flat surface having rotary member 3 of the driven machine element
1 ist mittels eines Verbindungselements 7 mit je einem Lagerelement 9 auf den Hai tee lernen ten 6 des im wesentlichen ebene Flaechen aufweisenden Drehelements 4 des abgetriebenen Maschinenelements 2 fest verbunden. Als Verbindungselement 7 wurde im Ausfuehrungsbeispiel gemaess Fig. 2 ein spezielles Klemmelement eingesetzt, in den Ausfuehrungsbeispielen gemaess der Fig. 3 und1 is by means of a connecting element 7 with a respective bearing element 9 on the shark tea learn th 6 of the substantially flat surface having rotary member 4 of the aborted machine element 2 firmly connected. As a connecting element 7 was in Ausfuehrungsbeispiel according to FIG. 2, a special clamping element is used, in the Ausfuehrungsbeispielen according to FIGS. 3 and
4 kamen feste Verbindungselemente zum Einsatz. Der Abstand der Drehelemente 3 und 4 voneinander ist ^o festgelegt, dass die Lagerelemente 8 und 9 in fluchtender Lage vertikal mittig ueberemander stehen und die Hoehe üvr Hai tee lernen te 5 bzw. 6 so bemessen ist, dass die Lagerelemente 8 bzw. 9 bei groesstmoeg1 ich aufrgleichbarem Winkel Alpha zwischen den Maschinerie lernen ten i und4 solid fasteners were used. The distance of the rotary elements 3 and 4 from each other is set so that the bearing elements 8 and 9 are aligned vertically above one another in the centered position and the height of shark tea is to be 5 or 6, so that the bearing elements 8 and 9, respectively groesstmoeg1 i adjustable angle alpha between the machines i am learning and i
2 in nichtfluchtender Lage die Drehelemente 3 bzw. 4 nicht beruehren.2 in non-aligned position, the rotary elements 3 and 4 do not touch.
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