PL249500B1 - Metalowe sprzęgło podatne skrętnie z regulowaną charakterystyką sprężystą - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zastrzeżenia jest metalowe sprzęgło podatne skrętnie z regulowaną charakterystyką sprężystą, zawierające obudowę, wał z gwintem nie samohamownym, tuleję przesuwną i element sprężysty, charakteryzuje się tym, że wewnątrz obudowy (2) umieszczone są elementy sprężyste (8a, 8b, 8c), co najmniej trzy, rozmieszczone obwodowo, na zdefiniowanej konstrukcyjnie średnicy podziałowej, w gniazdach (7)wykonanych w tulei przesuwnej (3) i w odpowiadających im otworach (10) w pokrywie (9), które prowadzone są na trzpieniach (11), przy czym na zewnętrznej powierzchni wału (1) i w otworze tulei przesuwnej (3) wykonany jest wielozwojowy mechanizm gwintowy (3a), a na zewnętrznej powierzchni tulei przesuwnej (3) i na wewnętrznej powierzchni obudowy (2) wykonany jest wielowypust (3b). Element sprężysty stanowią co najmniej trzy sprężyny śrubowe (8a).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest metalowe sprzęgło podatne skrętnie z regulowaną charakterystyką sprężystą (MSPSR). Sprzęgło to może być przeznaczone do przenoszenia dynamicznych obciążeń skrętnych i rozwiązuje problem zmniejszenia chwilowych obciążeń dynamicznych układu napędowego maszyny w czasie rozruchu i podczas pracy ustalonej.

Układy napędowe maszyn roboczych ciężkich takich jak np. maszyny górnicze, budowlane czy drogowe, przy rozruchu jak i w czasie eksploatacji narażone są na znaczne obciążenia udarowe. Wpływ tych obciążeń oddziałuje negatywnie na trwałości elementów układu napędowego maszyny, na uzębienia kół oraz łożysk w przekładniach zębatych, które zazwyczaj są stosowane w napędach dużych mocy.

W maszynach tych, do połączenia silnika z przekładnią mechaniczną często stosowane są sprzęgła elastyczne, np. sprzęgła wkładkowe, kabłąkowe oraz sprzęgła oponowe lub przeponowe, opisane m. in. w pracy: S. Markusik, „Sprzęgła mechaniczne”, WNT, Warszawa 1979. Zadaniem tych sprzęgieł jest ograniczenie obciążeń dynamicznych po włączeniu silnika oraz ich zmniejszanie w czasie pracy ustalonej maszyny. Sprzęgła te mają zazwyczaj niewielką podatność skrętną, związaną tylko z odkształceniami elementów podatnych sprzęgła, co znacznie ogranicza ich skuteczność. Często też stosowane są sprzęgła hydrokinetyczne.

Znane są z polskich opisów patentowych o nr PL190945B1 i PL191092B1, oraz monografii K. Filipowicz, „Dwukierunkowe metalowe sprzęgła podatne skrętnie”, Wydawnictwa Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011, metalowe sprzęgła o dużej podatności skrętnej, w których jeden człon sprzęgła jest wałem, na części którego wykonany jest gwint wielozwojowy, a na gwincie tym umieszczona jest nakrętka, przy czym pomiędzy nakrętką i pokrywą, jako drugiej ze stron przyłączeniowych w sprzęgle, umieszczony jest wzdłuż osi głównej sprzęgła element sprężysty (sprężyna lub pakiet sprężyn talerzowych), przy czym nakrętka swym zewnętrznym obrysem połączona jest ruchowo w kierunku osiowym z tulejową obudową sprzęgła za pomocą połączenia wielowypustowego. Zmniejszenie maksymalnej wartości chwilowej momentu obrotowego następuje w wyniku zamiany energii mechanicznej na sprężystą. Nadwyżka energii mechanicznej jest zamieniana na energię sprężystą w np. pakiecie sprężyn talerzowych.

W rozwiązaniach tych charakterystyka podatności sprzęgła jest bezpośrednio zależna od sztywności elementu podatnego np. sprężyn lub pakietu sprężyn talerzowych. Charakterystyka sprężysta tego elementu podatnego, a tym samym skrętna charakterystyka sprężysta samego sprzęgła podatnego ma stały przebieg w całym zakresie jego pracy. Zmiana tej charakterystyki możliwa jest tylko poprzez wymianę sprężyn na inne o innej charakterystyce lub zmianę ułożenia sprężyn talerzowych w zestawach (np. zestawy ze sprężynami ułożonymi równolegle). Cecha ta utrudnia poprawny i regulowalny dobór charakterystyki sprężystej sprzęgła do charakterystyki układu napędowego.

Wynalazek rozwiązuje problem ograniczania chwilowych przeciążeń układu napędowego maszyn i skutecznego doboru charakterystyki sprężystej sprzęgła do układu napędowego, poprzez zapewnienie możliwości regulacji charakterystyki elementu sprężystego.

Przedmiot wynalazku przedstawiono poniżej.

Istotą wynalazku jest metalowe sprzęgło podatne skrętnie z regulowaną charakterystyką sprężystą, zawierające obudowę, wał z gwintem niesamohamownym, tuleję przesuwną i element sprężysty, charakteryzujące się tym, że wewnątrz obudowy umieszczone są co najmniej trzy elementy sprężyste rozmieszczone obwodowo, na zdefiniowanej konstrukcyjnie średnicy podziałowej, w gniazdach usytuowanych w tulei przesuwnej i w odpowiadających im otworach w pokrywie, które to elementy sprężyste prowadzone są na trzpieniach, przy czym na zewnętrznej powierzchni wału i w otworze tulei przesuwnej znajduje się wielozwojowy mechanizm gwintowy, a na zewnętrznej powierzchni tulei przesuwnej i na wewnętrznej powierzchni obudowy znajduje się wielowypust.

Korzystnie, element sprężysty stanowią co najmniej trzy sprężyny śrubowe. Korzystnie, element sprężysty stanowią co najmniej trzy pakiety sprężyn talerzowych składające się z i-liczby zestawów sprężyn talerzowych, ustawionych w zestawie szeregowo. Korzystnie, element sprężysty stanowią co najmniej trzy pakiety sprężyn talerzowych składające się z i-liczby zestawów sprężyn talerzowych, ustawionych w zestawie równolegle.

Liczba zestawów w pakiecie i liczba sprężyn talerzowych w zestawie wynika z cech konstrukcyjnych sprzęgła. Sprężyny śrubowe i pakiety sprężyn talerzowych są rozmieszczone obwodowo, na zdefiniowanej konstrukcyjnie średnicy podziałowej.

Konstrukcja zapewnia odpowiednie prowadzenia sprężyn w gniazdach i trzpieniach. Gniazd może być więcej niż samych sprężyn lub pakietów sprężyn, ale nie mniej niż trzy. Regulacja charakterystyki sprężystej sprzęgła polega na zmianie liczby sprężyn śrubowych lub liczby pakietów sprężyn talerzowych umieszczonych w sprzęgle (dodanie lub ujęcie). Drugim sposobem regulacji jest zmiana charakterystyki sprężystej sprężyn śrubowych lub pakietów sprężyn talerzowych.

Zmiana ta bezpośrednio wpływa na uzyskanie regulowalnej skrętnej charakterystyki sprężystej metalowego sprzęgła podatnego skrętnie.

Wynalazek opisano w przykładzie realizacji zilustrowanym rysunkiem (Rys.).

Wewnątrz obudowy umieszczone są co najmniej trzy elementy sprężyste 8a, 8b, 8c rozmieszczone obwodowo, na zdefiniowanej konstrukcyjnie średnicy podziałowej.

Na zdefiniowanej konstrukcyjnie średnicy podziałowej w tulei przesuwnej 3 wykonane są co najmniej trzy gniazda 7 a w pokrywie 9 odpowiadające im nagwintowane otwory 10. W gniazdach 7 i w otworach 10 osadzone (wkręcone) są trzpienie 11, na których umieszczone są elementy sprężyste w postaci sprężyn śrubowych 8a lub pakietów sprężyn talerzowych ułożonych w zestawy np. pojedyncze 8b lub równoległe 8c, składające się z n-sprężyn talerzowych w zestawie.

Moment obrotowy oddziałuje na stronę czynną sprzęgła bezpośrednio poprzez wał 1, a następnie przekazywany jest na tuleję przesuwną 3 za pomocą wielozwojowego mechanizmu gwintowego 3a, wykonanego na zewnętrznej powierzchni wału 1 i w otworze tulei przesuwnej 3. Wzrastająca wartość momentu powoduje obrót wału 1 względem tulei 3, a zarazem i obudowy sprzęgła 2. Powstająca siła osiowa w mechanizmie gwintowym zapoczątkowuje ruch posuwisty tulei wzdłuż osi wału (osi sprzęgła).

Ograniczenie ruchu tulei tylko do posuwistego zrealizowane jest przez ruchowe połączenie wielowypustowe 3b wykonane między tuleją 3 i obudową sprzęgła 2. Z członem czynnym regulowanego metalowego sprzęgła podatnego skrętnie może być zintegrowane sprzęgło wkładkowe, stanowiące tarczę wkładkową sprzęgła wkładkowego 4, z wkładką podatną 5 i tarczą wejściową 6, lub inne sprzęgła np. membranowe czy przeciążeniowe, zapewniające dodatkowe zabezpieczenie układu napędowego.

W celu zapewnienia regulacji, koniecznym jest wykonanie większej liczby gniazd 7 i otworów 10 niż wymagane trzy po to, by możliwa była regulacja poprzez dodawanie lub ujmowanie trzpieni 11 wraz ze sprężynami np. 8a, 8b i 8c.

Ruch posuwisty tulei przesuwnej 3 powoduje jednocześnie ściskanie i-liczby elementów sprężystych tj. sprężyn śrubowych 8a lub pakietów sprężyn talerzowych 8b i 8c. Ściskanie elementów sprężystych powoduje wytworzenie wewnętrznej siły odkształcenia sprężystego. Wewnętrzna siłą odkształcenia sprężystego w każdym chwilowym, ustalonym położeniu tulei przesuwnej równoważy siłę osiową powstającą w mechanizmie gwintowym, która jest wynikiem działania zewnętrznego momentu roboczego. Zaistniałą równowagę sił w mechanizmie gwintowym sprzęgła, zdefiniowaną chwilowym, ustalonym położeniem tulei przesuwnej 3 względem wału 1 i obudowy 2, definiuje także kąt względnego obrotu członów sprzęgła - czynnego i biernego, przy którym to kącie następuje „przeniesienie” chwilowej wartości momentu roboczego ze strony czynnej na bierną sprzęgła. Każde chwilowe przeciążenie napędu momentem roboczym powoduje dodatkowe ściskanie elementów sprężystych sprzęgła, a zmniejszenie obciążania ich odprężanie.

Po całkowitym odciążeniu układu napędowego tuleja przesuwna 3, naciskana przez odprężające się elementy sprężyste, wraca do położenia początkowego ustalonego konstrukcyjnie względem osi wału sprzęgła.

Claims (4)

1. Metalowe sprzęgło podatne skrętnie z regulowaną charakterystyką sprężystą, zawierające obudowę, wał z gwintem niesamohamownym, tuleję przesuwną i element sprężysty, znamienne tym, że wewnątrz obudowy (2) umieszczone są co najmniej trzy elementy sprężyste (8a, 8b, 8c) rozmieszczone obwodowo, na zdefiniowanej konstrukcyjnie średnicy podziałowej, w gniazdach (7) usytuowanych w tulei przesuwnej (3) i w odpowiadających im otworach (10) w pokrywie (9), które to elementy sprężyste prowadzone są na trzpieniach (11), przy czym na zewnętrznej powierzchni wału (1) i w otworze tulei przesuwnej (3) znajduje się wielozwojowy mechanizm gwintowy (3a), a na zewnętrznej powierzchni tulei przesuwnej (3) i na wewnętrznej powierzchni obudowy (2) znajduje się wielowypust (3h).

PL 249500 Β1

2. Metalowe sprzęgło podatne skrętnie według zastrz. 1, znamienne tym, że element sprężysty stanowią co najmniej trzy sprężyny śrubowe (8a).

3. Metalowe sprzęgło podatne skrętnie według zastrz. 1, znamienne tym, że element sprężysty stanowią co najmniej trzy pakiety sprężyn talerzowych (8b) składające się z i-liczby zestawów sprężyn talerzowych, ustawionych w zestawie szeregowo.

4. Metalowe sprzęgło podatne skrętnie według zastrz. 1, znamienne tym, że element sprężysty stanowią co najmniej trzy pakiety sprężyn talerzowych (8c) składające się z i-liczby zestawów sprężyn talerzowych, ustawionych w zestawie równolegle.