PL249496B1 - Sprzęgło przeciążeniowe - Google Patents

Abstract

Sprzęgło zawierające obudowę zestawioną z połączonych ze sobą korpusu wejściowego (1) i korpusu wyjściowego (2), w której wnętrzu osadzone są sworznie (5), a na nich sprężyny skrętne (6). Każdy sworzeń (5) ustalony jest w korpusach (1, 2) za pomocą opraw (8), a sprężyna (6) jednym końcem umieszczona jest nieprzesuwnie w oprawie (8), a ponadto w obudowie, wzdłuż centralnej osi symetrii ułożyskowany jest zabierak (4) z czopem wychodzącym poza korpus wyjściowy (2). Między sprężynami skrętnymi (6), w środkowej części każdego sworznia (5) nałożone są zderzaki (3) i dalej między nimi, ułożyskowane na sworzniu (5), dźwignie zabierakowe (7). W środkowej części sworznia (5), jest uchwyt oporowy (9) z powierzchnią oporową stykającą się z płaskimi powierzchniami w kanałkach na zabieraku (4). Sprężyny skrętne (6) osadzone na sworzniach (5) zestawione są w układy o przeciwnych kierunkach skręcania przez połączone przeciwnymi końcami z oprawami (8) oraz dźwigniami zabierakowymi (7), które przemieszczają się kątowo przy zmianie momentu obciążenia. Zabierak (4) posiada kołnierz, w którym wykonane są promieniowo co 90° otwarte kanałki o równoległych powierzchniach płaskich, współpracujących z walcowymi powierzchniami dźwigni zabierakowych (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sprzęgło przeciążeniowe, chroniące elementy maszyny przed przeciążeniem pochodzącym od maszyny roboczej, zwykle silnika napędowego.

Dotychczas znane i stosowane są dwa rodzaje sprzęgieł przeciążeniowych (zwanych często w praktyce przemysłowej sprzęgłami bezpieczeństwa lub odsuwnymi). Są to sprzęgła zawierające łączniki podlegające zniszczeniu oraz sprzęgła z trwałymi łącznikami. W przypadku sprzęgieł z łącznikami podlegającymi zniszczeniu łącznik ma postać kołka, kilku kołków lub płytek, które zostają ścięte lub rozerwane po przekroczeniu momentu przeciążenia. Ponowny ruch maszyny jest możliwy po jej zatrzymaniu i wymianie łącznika. Wadą sprzęgieł z łącznikiem ulegającym zniszczeniu są trudności z określeniem momentu maksymalnego, powodującego zniszczenie łącznika. Stosowane są rozwiązania tego problemu, stosując płytki z karbem, które podlegają zginaniu. Ponieważ płytki są zginane, wartości naprężeń powodujących zniszczenie płytek mogą być dokładnie wyznaczone i tym samym może być dokładnie wyznaczony moment przeciążenia. Istnieją również sprzęgła przeciążeniowe, w których płytki poddaje się wstępnym naprężeniom. Wymiana zniszczonych płytek jest prosta, ponieważ znajdują się one na powierzchni czołowej sprzęgła. W sprzęgłach bezobsługowych (z łącznikami trwałymi), zadziałanie sprzęgła pod wpływem przeciążenia pochodzącego od strony maszyny roboczej wywołuje obniżenie wartości przenoszonego momentu do wartości dopuszczalnej, bez zniszczenia łącznika. Do tej grupy należą sprzęgła o działaniu kształtowo-ciernym oraz sprzęgła cierne. Ich zaletą jest możliwość regulacji wartości momentu zadziałania sprzęgła oraz łatwość ponownego włączenia. Sprzęgła przeciążeniowe z łącznikami trwałymi mogą być o konstrukcji samoczynnie rozłączającej lub mogą być sterowane. W pierwszym przypadku wzajemny docisk np. kulek przenoszących napęd wywołany jest najczęściej sprężynami rozmieszczonymi na obwodzie sprzęgła (sprzęgło kulkowo-sprężynowe). W przypadku sprzęgieł sterowanych, włączanie lub rozłączanie odbywa się najczęściej elektromagnetycznie (sprzęgło kulkowe włączane elektromagnetycznie). Istnieją także sprzęgła stanowiące połączenie sprzęgła przeciążeniowego ze sprzęgłem podatnym (przeponowym). Składa się ono z: typowego sprzęgła podatnego przeponowego, ogranicznika kąta skręcania przepon, sprzęgła sztywnego ze ścinanymi kołkami oraz układu wyłączającego mechanizm po ścięciu kołków. W trakcie normalnej pracy sprzęgło przeponowe pracuje jako sprzęgło elastyczne tłumiąc drgania pochodzące od maszyny roboczej. W przypadku wystąpienia w mechanizmie obciążenia maksymalnego przepony skręcają się powodując działanie ogranicznika (sprzęgło zaczyna pracować jako sztywne). Od tej chwili obciążane są bezpośrednio kołki, które w przypadku dalszego wzrostu momentu obciążenia zostają ścięte rozłączając tym samym człony sprzęgła. Wyżej wymienione sprzęgła opisane są w książce „Podstawy konstrukcji maszyn” tom 3, pod red M. Dietricha.

W sprzęgłach przeciążeniowych EAS firmy Mayr® Power Transmission, sprzęgłach przeciążeniowych firmy R+W oraz sprzęgłach przeciążeniowych SYNTEX®-NC firmy KTR elementy toczne (w postaci kulek) usytuowane wewnątrz sprzęgła, dociskane są przez tarcze za pomocą sprężyny talerzowej.

W książce „Podstawy konstrukcji maszyn” tom 3, pod red M. Dietricha przedstawiono również sprzęgło bezpieczeństwa kształtowo-cierne, sprzęgło bezpieczeństwa jednotarczowe firmy Ringspann oraz sprzęgło wielotarczowe firmy Famago. W sprzęgle kształtowo-ciernym człon czynny posiada na obwodzie szereg czopów, które są dociskane do wgłębień członu biernego za pomocą sprężyn (sprzęgło VUGS). Sprzęgło to stosowane jest w maszynach rolniczych. Sprzęgła bezpieczeństwa jednotarczowe firmy „Ringspann” są budowane jako tzw. ograniczniki momentu i są wbudowane jako element zabezpieczający np. do koła łańcuchowego, pasowego itp., pomiędzy tarcze cierne. Docisk tych tarcz oraz moment tarcia wywołuje się przez sprężyny śrubowe, ściskane centralnie nakrętką łożyskową, bądź indywidualnie śrubami. Sprzęgła cierne bezpieczeństwa mogą w warunkach pracy w poślizgu również wyłączyć napęd, w celu uniknięcia awarii maszyny pracującej w przeciążeniu. Taką konstrukcję stanowi sprzęgła bezpieczeństwa firmy Famago. Sprzęgło zastosowano w mechanizmie napędu koła czerpakowego koparek do węgla brunatnego. Przeciążenie występujące po stronie koła czerpakowego (przy dużych oporach skrawania) wywołuje poślizg na płytkach sprzęgła, ruch względny członów czynnego i biernego i zadziałanie wyłączników krańcowych, z których sygnał poprzez pierścienie ślizgowe przekazywany. Jest do silnika napędu. Wielkość momentu maksymalnego (rozłączającego) sprzęgła regulowana jest sprężynami śrubowymi.

Istnieje także wiele opisów patentowych dotyczących sprzęgieł przeciążeniowych (bezpieczeństwa).

Z patentu PL172006 znane jest sprzęgło przeciążeniowe cierne zbudowane z pakietu tarcz napędzających i napędzanych z okładzinami dociskanych za pomocą usytuowanych na obwodzie sprężyn oraz dodatkowych tarcz z promieniowo usytuowanymi niesymetrycznymi kłami. Podczas przekazywania momentu obrotowego w jedną stronę i przekroczenia momentu granicznego, następuje poślizg pomiędzy elementami ciernymi tarcz. Powierzchnie kłów wzajemnie się przemieszczając powodują zwiększenie siły docisku tarcz i zwiększenie granicznego momentu. W przypadku przenoszenia momentu w stronę przeciwną, podczas przekroczenia wielkości momentu granicznego, współpracujące z sobą powierzchnie kłów powodują zabieranie tarczy wspomagającej, a tym samym nie likwidują poślizgu.

Z opisu patentowego PL222553 znane jest sprzęgło przeciążeniowe przeznaczone do przenoszenia momentu obrotowego pomiędzy wałem napędowym i kołem zębatym. Wał zaopatrzony jest w kołnierz, pomiędzy którym i powierzchnią obwodową koła zębatego jest umieszczona jedna okładzina cierna, zaś po przeciwnej stronie koła jest umieszczona druga okładzina cierna i przesuwna na wale tuleja z kołnierzem oraz współosiowe z nią sprężyny talerzowe i nakrętki dociskowe do regulacji wielkości tego docisku. W kołnierz wału są wciśnięte kołki wsuwane w otwory tulei. Kołki powodują, że kołnierz wału i tuleja z kołnierzem nie obracają się względem siebie. Ułożyskowanie koła na tulei za pomocą pierścienia ślizgowego, powoduje, że w przypadku poślizgu wywołanego przeciążeniem, koło porusza się z różną prędkością w stosunku do wału. Następuje przekroczenie nastawionej, dopuszczalnej wartości momentu obrotowego.

Sprzęgło przeciążeniowe rozłączne samoczynne według patentu PL199049 przenosi moment obrotowy pomiędzy dwiema tulejami, jedną osadzoną na wałku napędzającym i drugą tuleją napędzaną, między którymi umieszczona jest sprężyna. Sprężyna jednym końcem ustalona jest na tulei na wałku napędzającym a drugim końcem, swobodnie na występie osadzonym na czopie tulei napędzanej. Wyłączanie napędu podczas cyklicznych przeciążeń następuje w wyniku przemieszczania się występu poza zwoje sprężyny. Wówczas tuleja przesuwając się osiowo oddziałuje mechanicznie na wyłącznik napędu.

W sprzęgle przeciążeniowym, które jest przedmiotem patentu PL160069 przekroczenie granicznej wartości momentu obrotowego powoduje rozłączenie napędu poprzez wyłączenie zasilania silnika elektrycznego. Sprzęgło składa się z tulei osadzonej na wale napędzającym. We wzdłużnych otworach tulei znajdują się kulki, tłoczki, sworznie, sprężyny i przeciwnakrętki. Wzrost momentu obrotowego ponad wartość graniczną powoduje wysunięcie kulek z rowków pierścienia, przemieszczenie tulei zewnętrznej i nacisk kołnierza na rolkę wyłącznika krańcowego, który powoduje odcięcie zasilania silnika napędowego.

Inne rozwiązanie zawiera opis wynalazku PL223498 pt. sprzęgło przeciążeniowe rozłączne mechatronicznego systemu bezpieczeństwa. Sprzęgło posiada tarczę sprzęgłową, tarcze dociskowe, zacisk, płytę, układ zwalniania i regulowania zacisku w sprzęgle i jest umieszczane pomiędzy stopniami układu napędowego z co najmniej jednym silnikiem. Podczas pracy wszystkie elementy sprzęgła wykonują ruch obrotowy razem z wałkami przekładni. Sprzęgło jest zasilane i sterowane elektrycznie z zewnątrz za pomocą pierścieni ze szczotkami.

Jeszcze inne rozwiązanie pt. Skrętnie metalowe sprzęgło przeciążeniowe zawiera opis patentowy PL209124. Sprzęgło posiada wał wejściowy z niesamohamownym gwintem, z którym współpracuje nakrętka posiadająca na powierzchni zewnętrznej wgłębienia, w których umieszczone są kule umieszczone jednocześnie w tulei z rowkami. W przypadku przeciążenia układu napędowego, nakrętka z kulami ściska element sprężysto-tłumiący przesuwa się na niesamohamownym gwincie do momentu, w którym kule wysuną się z rowków. W przypadku zmniejszenia się przeciążenia, element sprężystotłumiący naciskając na nakrętkę powoduje wepchnięcie kul w rowki i powrót nakrętki do położenia w którym napęd jest przekazywany.

Podobna konstrukcja jest przedmiotem zgłoszenia patentowego P.393887 pt. „Pneumatyczne sprzęgło przeciążeniowe”, gdzie czym kule zastąpione zostały wałeczkami a element sprężysto-tłumiący jest w postaci układu tłok i cylinder wypełniony sprężonym gazem.

W zgłoszeniu patentowym PL.384081 przedstawiono konstrukcję wału przegubowo - przeciążeniowego, w którym pomiędzy przegubami krzyżakowymi wbudowano sprzęgło podatne skrętnie, będące jednoczenie sprzęgłem przeciążeniowym. Głównymi elementami sprzęgła jest wielowypustowy wał, na którym osadzono tuleję ze skośnymi rowkami i dwie sprężyny walcowe naciskowe. Z rowkami skośnymi tulei współpracują wałeczki umocowane promieniowo w obudowie sprzęgła i wystające wewnątrz obudowy. Wałeczki przenoszą moment obrotowy, który przekazywany jest na tuleję z wału za pośrednictwem połączenia wielowypustowego.

Problemem do rozwiązania jest uzyskanie konstrukcji sprzęgła przeciążeniowego o prostej budowie umożliwiającej łatwe nastawianie maksymalnej wartości momentu obrotowego.

Problem ten rozwiązuje sprzęgło przeciążeniowe według wynalazku zawierające obudowę zestawioną z połączonych ze sobą korpusu wejściowego i korpusu wyjściowego, w której wnętrzu osadzone są sworznie a na nich sprężyny skrętne. Każdy sworzeń ustalony jest w korpusach za pomocą opraw a sprężyna jednym końcem umieszczona jest nieprzesuwnie w oprawie. Ponadto, w obudowie, wzdłuż centralnej osi symetrii ułożyskowany jest zabierak z czopem wychodzącym poza korpus wyjściowy.

Sprzęgło charakteryzuje się tym, że między sprężynami skrętnymi w środkowej części każdego sworznia nałożone są zderzaki i dalej między nimi, ułożyskowana na sworzniu dźwignia zabierakowa. W środkowej części sworznia jest uchwyt oporowy z powierzchnią oporową stykającą się z płaskimi powierzchniami w kanałkach na zabieraku. Korzystnie, sprężyny skrętne osadzone na sworzniach zestawione są w układy o przeciwnych kierunkach skręcania przez połączone przeciwnymi końcami z oprawami oraz dźwigniami zabierakowymi, które przemieszczają się kątowo przy zmianie momentu obciążenia. Korzystnie, zabierak posiada kołnierz, w którym wykonane są promieniowo co 90° otwarte kanałki o równoległych powierzchniach płaskich współpracujących z walcowymi powierzchniami dźwigni zabierakowych.

Sprzęgło według wynalazku zabezpiecza napędzane elementy maszyn przed przeciążeniami. Dzięki zamocowaniu sprężyn skrętnych, jednym końcem, za pomocą opraw, umożliwia łatwe nastawienie wielkości momentu skręcającego, przy którym następuje rozłączenie przeciążeniowe sprzęgła. Stanowi przydatne rozwiązanie konstrukcyjne dotyczących zmniejszenia obciążeń dynamicznych i udarowych oraz przeciążeń w układach napędowych maszyn rolniczych, ogrodniczych, transportowych, obróbkowych, górniczych itp.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym: Fig. 1 ilustruje sprzęgło w półwidoku - półprzekroju osiowym;

Fig. 2 ilustruje sprzęgło w izometrycznym widoku rozstrzelonym;

Fig. 3 ilustruje układ podatny sprzęgła w widoku izometrycznym;

Fig. 4 ilustruje układ wyłączający napęd w widoku izometrycznym.

Sprzęgło przeciążeniowe zawiera obudowę zestawioną z połączonych ze sobą korpusu wejściowego 1 i korpusu wyjściowego 2, w której wnętrzu osadzone są dwa sworznie 5 a na nich sprężyny skrętne 6. Każdy sworzeń 5 ustalony jest w korpusach 1,2 za pomocą opraw 8, a sprężyna skrętna 6 jednym końcem 10 umieszczona jest nieprzesuwnie w oprawie 8, natomiast drugi koniec 11 opiera się o sworzeń 13 dźwigni zabierakowej 7 oraz o występ 12 w zderzaku 3, który umożliwia uzyskanie roboczego napięcia sprężyn 6. Sprężyny 6 mogą być napinane poprzez odpowiednie ustawienie kątowe opraw 8. Wstępne napięcie sprężyn 6 ma bezpośredni wpływ na wartość momentu, przy którym następuje rozłączenie napędu. Ponadto w obudowie, wzdłuż centralnej osi symetrii ułożyskowany jest zabierak 4 z czopem wychodzącym poza korpus wyjściowy 2. Między sprężynami skrętnymi 6 w środkowej części każdego sworznia 5 nałożone są zderzaki 3 i dalej między nimi, ułożyskowane na sworzniu 5, dźwignie zabierakowe 7. W środkowej części sworznia 5, jest uchwyt oporowy 9 z powierzchnią oporową 14 stykającą się z płaskimi powierzchniami 15 w kanałkach 16 na zabieraku 4. Sprężyny skrętne 6 osadzone na sworzniach 5 zestawione są w układy o przeciwnych kierunkach skręcania przez połączone przeciwnymi końcami z oprawami 8 oraz dźwigniami zabierakowymi 7, które przemieszczają się kątowo przy zmianie momentu obciążenia. Zabierak 4 posiada kołnierz 17, w którym wykonane są promieniowo co 90° otwarte kanałki 16 o równoległych powierzchniach płaskich współpracujących z walcowymi powierzchniami 14 dźwigni zabierakowych 7.

W korpusie wyjściowym 2 jest obrotowo osadzony zabierak 4 współpracujący z dźwignią zabierakową 7, posiadającą możliwość przemieszczenia kątowego względem sworznia sprężyny 5. Uchwyty oporowe 9 ustalają położenie oraz blokują obrót sworznia sprężyny 5 zarówno względem korpusu wejściowego 1 jak i wyjściowego 2. W celu uzyskania wymaganego rozkładu działających sił oraz wyrównoważenia konstrukcji w sprzęgle zastosowano dwa układy sprężyn skrętnych rozmieszczone symetrycznie względem osi zabieraka 4.

Działanie sprzęgła jest następujące: moment obrotowy przenoszony z silnika napędowego poprzez korpus wejściowy 1 oraz uchwyty oporowe 9 i dźwignię zabierakową 7 wyposażoną w powierzchnie oporowe 14 współpracujące z kanałkami 16 kołnierza 17 na zabierak 4. Obrót korpusu wejściowego 1 powoduje wychylenie dźwigni zabierakowej 7 o kąt uzależniony od sztywności układu sprężyn skrętnych 6 osadzonych na sworzniu 5. Następuje wówczas stan równowagi sił pomiędzy dźwignią zabierakową 7 a kołnierzem 17 i ruch obrotowy może zostać przeniesiony na zabierak 4.

Układ sprężyn skrętnych 6 osadzonych na sworzniu 5 może być napinany wstępnie za pomocą opraw 8 sprężyn osadzonych w korpusach: wejściowym 1 oraz wyjściowym 2 umożliwiając uzyskanie odpowiedniej wartości momentu oporowego sprzęgła, która pozwala przenoszenie momentu obrotowego i jednocześnie na zabezpieczenie przed przeciążeniem w wyniku rozłączenia napędu.

Jeżeli podczas eksploatacji nastąpi chwilowy wzrost momentu obrotowego do poziomu przekraczającego maksymalną wartość momentu oporowego wówczas dźwignia zabierakowa 7 obróci się o kąt, przy którym powierzchnia oporowa 14 przestanie współpracować z powierzchnią kanałka 16. Jest to równoznaczne z rozłączeniem napędu. Wtedy powierzchnia oporowa 14 będzie ślizgać się po powierzchni walcowej kołnierza 17 zabieraka 4. Stan ten będzie się utrzymywał do chwili, w której nastąpi zmniejszenie momentu obrotowego do wartości bezpiecznej a powierzchnia oporowa 14 ponownie zacznie współpracować z powierzchnią kanałka 16. W konstrukcji kołnierza 17 zabieraka 4 zastosowano cztery kanałki rozstawione w szyku kołowym co 90° i przedstawione na Fig. 4.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sprzęgło przeciążeniowe zawierające obudowę zestawioną z połączonych ze sobą korpusu wejściowego i korpusu wyjściowego, w której wnętrzu osadzone są sworznie a na nich sprężyny skrętne, przy czym każdy sworzeń ustalony jest w korpusach za pomocą opraw a sprężyna jednym końcem umieszczona jest nieprzesuwnie w oprawie a ponadto w obudowie, wzdłuż centralnej osi symetrii ułożyskowany jest zabierak z czopem wychodzącym poza korpus wyjściowy, znamienne tym, że między sprężynami skrętnymi (6) w środkowej części każdego sworznia (5) nałożone są zderzaki (3) i dalej między nimi, ułożyskowana na sworzniu (5), dźwignia zabierakowa (7) a w środkowej części sworznia (5), jest uchwyt oporowy (9) z powierzchnią oporową (14) stykającą się z płaskimi powierzchniami (15) w kanałkach (16) na zabieraku (4).

2. Sprzęgło przeciążeniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że sprężyny skrętne osadzone na sworzniach (5) zestawione są w układy o przeciwnych kierunkach skręcania przez połączenie przeciwnymi końcami z oprawami (8) oraz dźwigniami zabierakowymi (7), które przemieszczają się kątowo przy zmianie momentu obciążenia.

3. Sprzęgło przeciążeniowe według zastrzeżenia 2, znamienne tym, że zabierak (4) posiada kołnierz (17), w którym wykonane są promieniowo co 90° otwarte kanałki (16) o równoległych powierzchniach płaskich współpracujących z walcowymi powierzchniami (14) dźwigni zabierakowych (7).