EA010559B1 - Упругая муфта - Google Patents

Abstract

Упругая муфта для соединения двух валов или смещенных друг относительно друга валов состоит из первой и второй полумуфт (5, 7), между которыми расположен передающий усилие упругий кольцеобразный резиновый дисковый элемент (6, 6а). На аксиальном расстоянии от резинового дискового элемента (6, 6а) между полумуфтами (5, 7) расположен по меньшей мере один сформированный в виде подшипника качения направляющий подшипник (18, 19) для направления полумуфт (5, 7) в случае выхода из строя резинового дискового элемента (6, 6а).

Description

Изобретение касается упругой муфты с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Подобного рода высокоупругие, содержащие резиновые дисковые элементы муфты особенно пригодны в качестве муфт машин с сильно различающейся характеристикой вращающего момента или при возникновении большого радиального, аксиального или углового смещения полумуфт.

Из промышленного применения известны резиновые дисковые муфты, в которых между внутренним и внешним металлическим кольцом вставлен привулканизированный к цилиндрической поверхности резиновый кольцевой диск. В свою очередь, внутренние и внешние металлические кольца представляют собой соответственно часть двух половин муфты и в карданной передаче соединяют ведущий или приводной вал с ведомым валом. Динамические свойства могут устанавливаться посредством величины резинового диска и твердости резинового материала.

В качестве предохранителя от перегрузок в стационарных промышленных муфтах из ИЕ 3545027 А1 известен прикрепляемый к внешней периферии резинового дискового элемента внешний зубчатый венец. Прикрепленный к внешней периферии резинового элемента внешний зубчатый венец входит во внутренний зубчатый венец на внешнем кольце муфты. При нормальных условиях эксплуатации свободное от зазоров, геометрически замыкаемое сопряжение зубчатых венцов надежно передает вводимый крутящий момент на расположенную на ведомой стороне полумуфту. При значительных перегрузках муфта проскальзывает на внешнем зубчатом венце и защищает последующие узлы. В случае редких перегрузок резиновый дисковый элемент не повреждается и сохраняет пригодность к эксплуатации. Другое преимущество этой муфты заключается в возможном вставочном монтаже элементов муфты.

Силовой поток в трансмиссии всегда длительно прерывается тогда, когда резиновый диск между внутренним и внешним кольцами муфты разрушается по причине отказа материала вследствие, например, старения или перегрузки. В этом случае муфта пробивается и отделяет ведущее звено от ведомого звена. Такое прерывание не является проблематичным, если жестко установленные части машины имеют установленные в подшипниках валы. Однако какое-либо прерывание, например, при использовании традиционных высокоупругих резиновых дисковых муфт в транспортных средствах является недостатком.

В частности, в железнодорожном транспорте для привода генератора для выработки электрической энергии для бортовой сети вращательное движение снимается на валу колесной пары, повышает число оборотов в передаче и посредством шарнирного вала направляется через значительное расстояние к генератору. Между генератором и шарнирным валом в качестве предохранительного элемента предусмотрена высокоупругая резиновая дисковая муфта, которая сглаживает нежелательные неравномерности из привода. Передача и генератор закреплены в различных местах транспортного средства или поворотной тележки. Поскольку для повышения удобства езды и для амортизации колебательных импульсов от рельсового пути отдельные компоненты транспортного средства выполнены с возможностью смещения друг относительно друга и являются упруго подвешенными, то постоянно возникает относительное смещение приводных компонентов друг относительно друга. Однако, как только высокоупругая резиновая муфта выходит из строя, наступает особенно критическое эксплуатационное состояние. Пробитая муфта больше не может направлять шарнирный вал, что при неконтролируемых движениях может приводить к столкновениям (соударениям) частей машины и тем самым может вызвать тяжелые аварии.

Известные конструктивные решения в случае разрушения резинового дискового элемента пытаются за счет направляющих из подшипников скольжения поддерживать поворотно-подвижно шарнирный вал в расположенной со стороны привода полумуфте. Вследствие этого пробитый шарнирный вал может кратковременно направляться. Однако, чтобы в нормальном режиме эксплуатации не порождать никаких потерь на трение, зазор в подшипнике скольжения должен быть относительно большим. Вследствие этого в аварийном случае все еще имеется значительное радиальное ударное движение между полумуфтами, что является причиной негативного шумового воздействия. Кроме того, теплота трения из-за недостаточного охлаждения не может отводиться в достаточном количестве. Мягкие цветные металлы вкладышей подшипников скольжения особенно быстро разрушаются из-за тепловыделения. Решение с направляющими из подшипников скольжения только в случае мгновенной остановки установки приводит к надежному режиму работы. Такое требование техники безопасности может выполняться не всегда.

Известный в стационарных приводах предохранитель от перегрузок за счет отделяемого внешнего зубчатого венца между резиновым диском и снабженным внутренним венцом внешним кольцом второй полумуфты вследствие плохого режима эксплуатации не пригоден для аварийного случая в мобильных установках из соображений безопасности даже при выполнении с опиранием на подшипники скольжения. Для того чтобы все же обеспечить возможность преодоления вероятных повреждений в трансмиссии посредством редких пиков перегрузки, резиновый дисковый элемент рассчитан так, что он в качестве самого слабого звена в цепи разрушается при высокой нагрузке. Такое мероприятие в высокой мере ненадежно и гарантировано не приводит к желаемому результату. Вместо этого при высоких пиках перегрузки срывается резьбовое соединение между шарнирным валом и корпусом муфты.

В частности, применения с самыми высокими требованиями к длительной, непрерывной и надежной эксплуатации могут охватываться в случае известных конструктивных решений только при значительных затратах на технику контроля и с высоким риском.

- 1 010559

В основе изобретения лежит задача выполнения соответствующей родовому понятию упругой муфты таким образом, что после выхода из строя резинового дискового элемента повреждения сцепленных друг с другом деталей машины или посредством этих деталей просто и надежно устраняются.

Задача в случае соответствующей родовому понятию упругой муфты решается посредством отличительных признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.

Соответствующая изобретению упругая муфта для аварийного случая снабжена поворотноподвижной опорой качения, которая при выходе из строя резинового дискового элемента приводит к заданному направлению полумуфт друг относительно друга. Более того, эта опора обеспечивает возможность интеграции в высокоупругую муфту простого и надежного механического предохранителя от перегрузок.

Несколько примеров осуществления изобретения представлены на чертежах и далее поясняются более подробно вместе со связанными с изобретением преимуществами:

фиг. 1 - продольное сечение высокоупругой резиновой дисковой муфты;

фиг. 2а - сечение резинового дискового элемента высокоупругой резиновой дисковой муфты согласно фиг. 1;

фиг. 2б - сечение резинового дискового элемента высокоупругой резиновой дисковой муфты согласно фиг. 1 в соответствии с другим вариантом осуществления.

Высокоупругая муфта 1 с одной стороны соединена через шарнирный вал 2 с непоказанным приводом, а с другой стороны - с генератором 9 в качестве приводной рабочей машины. Названные части машины расположены на транспортном средстве.

Высокоупругая муфта 1, выполненная в виде резиновой дисковой муфты, состоит из первой 5 и второй 7 полумуфт. Шарнирный вал 2 имеет фланец 3, который посредством установочных штифтов 4 соединен с первой полумуфтой 5. Вторая полумуфта 7 установлена на конической цапфе 8 вала присоединенной рабочей машины, например генератора 9. Между обеими полумуфтами 5, 7 предусмотрен резиновый дисковый элемент 6 в форме радиально проходящего кольцеобразного диска из упругого материала. Расположенный с приводной стороны шарнирный вал 2 через фланец 3 передает вращательное движение на первую полумуфту 5. Резиновый дисковый элемент 6 передает вращательное движение на вторую полумуфту 7.

Резиновый дисковый элемент 6 привулканизирован к внутреннему кольцу 10 второй полумуфты 7. Кольцо 10 установлено на цилиндрической боковой поверхности 11 второй полумуфты 7. Внутреннее кольцо 10 и цилиндрическая боковая поверхность 11 второй полумуфты 7 установлены с допуском за счет легкой прессовой посадки и образуют фрикционное соединение. Геометрически замыкающий стопорный элемент 12 вставлен между внутренним кольцом 10 и цилиндрической боковой поверхностью 11 второй полумуфты 7 и предотвращает относительное движение между обеими частями.

На внешнем периметре резинового дискового элемента 6 в резиновый материал встроен внешний зубчатый венец 13, который входит в зацепление с точно подогнанным внутренним зубчатым венцом 14 внешнего кольца 15 первой полумуфты 5 (фиг. 2). Внешнее кольцо 15 в цилиндрическом отверстии 16 соединено с фрикционным и геометрическим замыканием с первой полумуфтой 5. Сцепленный переход от внешнего зубчатого венца 13 резинового дискового элемента 6 во внутренний зубчатый венец 14 внешнего кольца 15 образует простой механический предохранитель от перегрузок, который в соединении с муфтой 1 и ее антифрикционными свойствами для подвижного применения представляет новое решение. В отличие от муфт с направляющей из подшипников скольжения согласно уровню техники внешний зубчатый венец представляет собой надежно работающий предохранитель от перегрузки, который делает излишним расчет резинового дискового элемента 6 в качестве заданного места разрыва. Более крупный размер резинового дискового элемента 6 приводит даже к значительному увеличению срока службы муфты 1. Следующим преимуществом этого выполнения является облегченный вставочный монтаж.

Равнозначное функционирование передачи движения достигается с помощью показанного на фиг. 2 резинового дискового элемента 6а. Здесь вместо зубчатого венца внешнее кольцо 15 вследствие вулканизации жестко соединено с резиновым материалом представленного резинового дискового элемента 6а.

Первая полумуфта 5 окружает в виде чашеобразного корпуса 17 расположенную внутри вторую полумуфту 7, а также вставленный между полумуфтами 5, 7 резиновый дисковый элемент 6 и описываемые далее более подробно направляющие подшипники 18 и 19. Представляющий собой первую полумуфту 5 корпус 17 окружает предпочтительным образом муфту 1 и образует узкий зазор с торцевой стороной генератора 9. Такое выполнение предохраняет резиновый дисковый элемент 6 по сравнению с известными решениями от повреждений вследствие поднимаемых (вздымаемых) камней или прочего мусора и неблагоприятных атмосферных воздействий. Расположенный с торцевой стороны шарнирный вал 6 может быть прикручен к корпусу 17. Для этого в корпусе 17 расположено несколько резьбовых отверстий 20 вокруг оси вращения муфты 1. Резьбовые отверстия 20 принимают установочные штифты 4 и устанавливают соединение с шарнирным валом 2.

- 2 010559

На незначительном аксиальном расстоянии от резинового дискового элемента 6 между обеими полумуфтами 5, 7 предусмотрена система направляющих подшипников, которая предпочтительным образом состоит из двух направляющих подшипников 18, 19. Направляющие подшипники 18 и 19 выполнены в виде подшипников качения. Подшипники качения поддерживают в высокоупругой муфте 1 первую полумуфту 5 на второй полумуфте 7 с возможностью вращения только в случае выхода из строя резинового дискового элемента 6. Достаточно большой зазор в подшипнике при нормальном режиме эксплуатации уменьшает потери на трение до пренебрежительно малой доли и не ограничивает функционирование высокоупругой, снабженной резиновым дисковым элементом муфты 1 ввиду компенсации больших радиальных, аксиальных или угловых смещений. Вследствие этого система направляющих подшипников с двумя направляющими подшипниками 18, 19 осуществляет функцию аварийного подшипника. Система направляющих подшипников должна иметь радиальный зазор в подшипнике, который непосредственно больше, чем обусловленное твердостью и размерами резинового дискового элемента 6 и чем предельно допустимое предварительно заданное смещение шарнирного вала 2 относительно цапфы 8 вала генератора 9.

Вторая полумуфта 7 насажена на конический вал 8 рабочей машины, например генератора 9, и фиксируется посредством концевого диска 21. Поскольку направляющие подшипники 18, 19 вследствие своего выполнения и расположения не могут передавать никаких окружных усилий, то генератор 9 в случае прерванного силового потока через служащий в качестве сцепляющего элемента резиновый дисковый элемент 6 в дальнейшем также не приводится и остается неподвижным. Направляющие подшипники 18, 19 выполнены в виде закрытых герметичных подшипников качения с одноразовой смазкой. Дополнительно кольцо 22 для уплотнения вала и диск 23 защищают направляющие подшипники 18 и 19 от проникновения мусора. Обеспечиваемое преимущество подшипников качения по отношению к известным выполнениям муфт состоит в надежном направлении шарнирного вала 2 в течение долгого периода времени без обусловленных собственно эксплуатацией преждевременных отказов. Хотя выход из строя муфты 1 приводит к прерыванию передачи движения на расположенную далее рабочую машину - генератор 9, однако привод во избежание косвенного ущерба не должен, как это имело место до сих пор, непосредственно останавливаться. В частности, для мобильных применений в транспортных средствах ремонт может откладываться до достижения подходящей мастерской. Имеющие малые потери на трение подшипники качения при аварийной эксплуатации не приводят к негативному чрезмерному нагреву.

Направляющие подшипники 18, 19 могут быть выполнены в виде простых радиальных подшипников качения или предпочтительным образом - в виде радиально-упорных подшипников качения. В частности, радиально-упорные подшипники качения подходят в случае замкнутой системы для того, чтобы компенсировать опрокидывающие моменты из-за приложения веса шарнирного вала 2.

Направляющие подшипники 18, 19 расположены на различных боковых поверхностях с различными диаметрами и находятся с аксиальным смещением вблизи друг от друга. При этом внутренний диаметр направляющего подшипника 18 больше, чем внешний диаметр направляющего подшипника 19. Посредством задания контактного угла и позиции направляющего подшипника 18 над направляющим подшипником 19 можно достичь того, что точка воздействия направляющего подшипника 18 совпадает с идеальным опорным промежутком резинового дискового элемента 6. Вследствие этого вал 8 генератора 9 не нагружается в других местах радиальными дополнительными усилиями.

Внутреннее кольцо направляющего подшипника 18 расположено на цилиндрической боковой поверхности 24 на периметре радиального ребра 25 второй полумуфты 7. Увеличенный опорный промежуток (замкнутая система радиально-упорного шарикового подшипника) между направляющими подшипниками 18, 19 позволяет удерживать очень коротким аксиальное расстояние между направляющими подшипниками 18, 19 с помощью опорного расположения на боковой поверхности 24 радиального ребра 25. Вследствие различных размеров подшипников аксиальные силовые составляющие направляющих подшипников 18, 19 взаимно не уничтожаются. Для того чтобы установить необходимую разность, тарельчатые пружины 26 формируют аксиальное напряжение.

Claims (7)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Упругая муфта для соединения двух валов или смещенных друг относительно друга валов, состоящая из первой и второй полумуфт (5, 7), между которыми расположен передающий усилия упругий кольцеобразный резиновый дисковый элемент (6, 6а), отличающаяся тем, что на аксиальном расстоянии от резинового дискового элемента (6, 6а) между полумуфтами (5, 7) расположен по меньшей мере один направляющий подшипник (18, 19) для направления полумуфт (5, 7) при выходе из строя резинового дискового элемента (6, 6а), причем направляющий подшипник (18, 19) сформирован в виде подшипника качения.
2. 2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрены два направляющих подшипника (18, 19), которые расположены на цилиндрических боковых поверхностях с различными радиальными диаметрами.

   - 3 010559
3. 3. Муфта по п.2, отличающаяся тем, что внутренний диаметр одного направляющего подшипника (18) больше, чем внешний диаметр другого направляющего подшипника (19).
4. 4. Муфта по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что направляющие подшипники (18, 19) расположены рядом друг с другом с аксиальным смещением.
5. 5. Муфта по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что заданы контактный угол и позиция одного направляющего подшипника (18) над другим направляющим подшипником (19), и при этом точка воздействия первого направляющего подшипника (18) совпадает с идеальным опорным промежутком резинового дискового элемента (6).
6. 6. Муфта по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что первая полумуфта (5) выполнена в виде чашеобразного корпуса (17), причем корпус (17), защищая, охватывает резиновый дисковый элемент (6, 6а) и направляющие подшипники (18, 19), и при этом корпус (17) на торцевой стороне образует узкий зазор с примыкающей рабочей машиной.
7. 7. Муфта по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что твердость резинового дискового элемента (6, 6а) настроена на предварительно заданную в качестве допустимой величину смещения валов, причем направляющие подшипники (18, 19) имеют радиальный зазор в подшипнике, который непосредственно больше, чем предварительно заданная в качестве допустимой величина смещения валов.