RU2231697C2

RU2231697C2 - Clutch with non-metallic flexible members and centering support

Info

Publication number: RU2231697C2
Application number: RU2001134713/11A
Authority: RU
Original assignee: Цуканов Олег Вячеславович; Шутков Евгений Алексеевич; Апенкин Александр Васильевич
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2004-06-27

Abstract

FIELD: transport mechanical engineering; transmission of torque in power plants of transport facilities.

SUBSTANCE: proposed clutch consists of two members for transmission of torque from one to other through non-metallic flexible members and centering support made for limitation of radial displacement of clutch members relative to each other during their rotation. Novelty of invention consists in conical inner surface of one clutch member; centering support has member with spherical surface engageable with said conical surface. Member with spherical surface is immovably secured on load-bearing rod forming sliding friction pair with walls of cylindrical hole made in second clutch member. Second clutch member is provided with spring for action on said member with spherical surface to ensure contact between spherical and conical surfaces. Member with spherical surface is movable along and around axis of rotation of clutch members. Provision is made for use of centrifugal field for maintenance of pressure of consistent grease in friction pair formed by walls of clutch members and member with spherical surface.

EFFECT: increased service life of centering support due to increased area of contact of centering support; avoidance of fretting corrosion.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, в которых используются подвижные муфты с неметаллическими упругими элементами. Преимущественная область применения - передача крутящего момента в силовых установках транспортных средств.The invention relates to devices that use movable couplings with non-metallic elastic elements. The preferred area of application is torque transmission in power plants of vehicles.

Известна муфта с упругими брусками (Поляков В.С., Барбаш И.Д., Ряховский О.А. Справочник по муфтам/Под ред. В.С. Полякова. 2-е изд., испр. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. - С. 127-131), содержащая две полумуфты, выполненные с возможностью передачи крутящего момента от одной к другой через неметаллические упругие элементы - упругие бруски. В такой муфте центрирование полумуфт осуществляется за счет их опоры на эти бруски.Known coupling with elastic bars (Polyakov V.S., Barbash I.D., Ryakhovsky O.A. Handbook of couplings / Edited by V.S. Polyakov. 2nd ed., Rev. And add. - L. : Mechanical Engineering, Leningrad Department, 1979. - P. 127-131), containing two coupling halves made with the possibility of transmitting torque from one to another through non-metallic elastic elements - elastic bars. In such a coupling, the centering of the coupling halves is carried out due to their support on these bars.

Недостатком данного технического решения при его использовании для передачи значительных моментов кручения является возможность поперечных колебаний массивных полумуфт из-за их дисбаланса.The disadvantage of this technical solution when it is used to transmit significant torsion moments is the possibility of transverse vibrations of massive coupling halves due to their imbalance.

Известна муфта с неметаллическими упругими элементами и центрирующей опорой (RU 2162420 C1, B 60 K 25/00), в которой передача крутящего момента осуществляется также через упругие бруски, а для ограничения радиального смещения полумуфт при вращении осуществляется их центрирование с помощью специальной опоры. Последняя выполнена в виде двух сменных втулок, одна из которых расположена в другой, имеющей форму полого цилиндрического стакана. Каждая из втулок закреплена на соответствующей полумуфте. Втулки установлены с возможностью перемещения относительно друг друга за счет наличия между ними зазора. Такое решение позволяет значительно ограничить амплитуду поперечных колебаний полумуфт, особенно при удлинении для этой цели указанных втулок. Однако подобное удлинение ограничивает угловое смещение относительно друг друга осей полумуфт. По этой причине внутренняя втулка выполняется с очень малой длиной (примерно 1 мм), то есть в виде узкого кольца.A known clutch with non-metallic elastic elements and a centering support (RU 2162420 C1, B 60 K 25/00), in which torque is also transmitted through elastic bars, and to limit the radial displacement of the coupling halves during rotation, they are centered using a special support. The latter is made in the form of two replaceable bushings, one of which is located in the other, having the form of a hollow cylindrical glass. Each of the bushings is mounted on the corresponding coupling half. The bushings are mounted to move relative to each other due to the presence of a gap between them. This solution allows you to significantly limit the amplitude of the transverse vibrations of the coupling halves, especially when elongating for this purpose these bushings. However, such an elongation limits the angular displacement relative to each other of the axes of the coupling halves. For this reason, the inner sleeve is made with a very short length (about 1 mm), that is, in the form of a narrow ring.

Недостатком данной конструкции является то, что при наличии углового смещения осей полумуфт контакт внутренней втулки с охватывающей ее второй втулкой осуществляется в двух точках, поскольку поверхность охватывающей втулки в плоскости узкого кольца внутренней втулки образует поверхность с эллиптическим поперечным сечением (касание окружности с охватывающим ее эллипсом возможно только в двух точках). Монтаж полумуфт без их углового смещения не устраняет указанного недостатка, поскольку и в этом случае также имеет место точечное касание двух окружностей, одна из которых расположена внутри другой. Все это ускоряет износ указанных втулок из-за высоких контактных давлений в зоне касания и способствует возникновению фретинг-коррозии при поперечных колебаниях полумуфт. По причине износа предусмотрена периодическая замена обоих втулок в эксплуатации.The disadvantage of this design is that in the presence of an angular displacement of the axes of the coupling halves, the contact of the inner sleeve with the second sleeve surrounding it is carried out at two points, since the surface of the enclosing sleeve in the plane of the narrow ring of the inner sleeve forms a surface with an elliptical cross section (touching the circle with an ellipse enveloping it is possible only at two points). Mounting the coupling halves without their angular displacement does not eliminate the indicated drawback, since in this case also there is a point contact of two circles, one of which is located inside the other. All this accelerates the wear of these bushings due to high contact pressures in the contact zone and contributes to the occurrence of fretting corrosion during transverse vibrations of the coupling halves. Due to wear, periodic replacement of both bushings in operation is provided.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка и увеличение ресурса центрирующей опоры.The aim of the invention is to remedy this drawback and increase the resource of the centering support.

Эта цель достигается тем, что в известной муфте, содержащей две полумуфты, выполненные с возможностью передачи крутящего момента от одной к другой через неметаллические упругие элементы, и центрирующую опору, выполненную с возможностью ограничения радиального смещения полумуфт относительно друг друга при их вращении, согласно изобретению первая из полумуфт содержит внутреннюю коническую поверхность, центрирующая опора содержит элемент с частью сферической поверхности, контактирующей с указанной конической поверхностью, элемент с частью сферической поверхности закреплен неподвижно на несущем стержне, образующем пару трения скольжения со стенками цилиндрического отверстия, выполненного во второй полумуфте, при этом вторая полумуфта содержит пружину и выполнена с возможностью воздействия указанной пружиной на упомянутый элемент с частью сферической поверхности для обеспечения контакта сферической и конической поверхностей.This goal is achieved by the fact that in the known clutch containing two coupling halves configured to transmit torque from one to another through non-metallic elastic elements, and a centering support configured to limit the radial displacement of the coupling halves relative to each other during their rotation, according to the invention, the first of half couplings contains an internal conical surface, the centering support contains an element with a part of the spherical surface in contact with the specified conical surface, an element with the spherical surface is fixedly mounted on the supporting rod, forming a pair of sliding friction with the walls of the cylindrical hole made in the second coupling half, while the second coupling half contains a spring and is configured to impact the specified spring on the said element with part of the spherical surface to ensure contact between the spherical and conical surfaces .

Частным случаем реализации центрирующей опоры является выполнение элемента, содержащего часть сферической поверхности, с возможностью перемещения вдоль и вокруг оси вращения полумуфт, а первой полумуфты - с закрепленной неподвижно в ней втулкой, имеющей внутреннюю коническую поверхность.A special case of the implementation of the centering support is the implementation of the element containing a part of the spherical surface, with the possibility of moving along and around the axis of rotation of the coupling halves, and the first coupling half with a fixed sleeve having an inner conical surface.

Другим частным случаем предлагаемой конструкции является муфта, в которой элемент с частью сферической поверхности выполнен в виде фрагмента сферы, а выполненное во второй полумуфте цилиндрическое отверстие с одного торца выполнено закрытым, а с другого торца выполнено с возможностью по меньшей мере частичной герметизации зазора упомянутой пары трения скольжения относительно внешней среды.Another particular case of the proposed design is a coupling in which an element with a part of the spherical surface is made in the form of a fragment of a sphere, and the cylindrical hole made in the second half-coupling is closed from one end and the gap of said friction pair is at least partially sealed. slip relative to the external environment.

Дополнительным улучшением, снижающим износ, является конструкция, в которой вторая полумуфта выполнена с возможностью заполнения смазкой зазора в паре трения скольжения, образованной стенками цилиндрического отверстия и несущим стержнем. Это достигается, например, таким исполнением муфты, в которой несущий стержень выполнен с внутренней полостью, имеющей по меньшей мере одно сквозное отверстие на торце, противоположном фрагменту сферы, и по меньшей мере одно сквозное отверстие на своей боковой поверхности, при этом вторая полумуфта выполнена с возможностью заполнения смазкой указанной внутренней полости. Уменьшению износа способствует также случай, когда и/или элемент с частью сферической поверхности, и/или стенки охватывающего стержень отверстия, и/или втулка с внутренней конической поверхностью имеют защитное от фретинг-коррозии покрытие либо выполнены из материала, стойкого к фретинг-коррозии.An additional improvement that reduces wear is the design in which the second coupling half is configured to fill with a lubricant a gap in a pair of sliding friction formed by the walls of the cylindrical hole and the bearing rod. This is achieved, for example, by such a design of the coupling, in which the supporting rod is made with an internal cavity having at least one through hole at the end opposite the fragment of the sphere, and at least one through hole at its side surface, while the second coupling half is made with the ability to fill with grease specified internal cavity. Reducing wear also contributes to the case when both the element with a part of the spherical surface and / or the walls of the hole covering the rod, and / or the sleeve with the inner conical surface are coated with a fretting corrosion protection or are made of a material that is resistant to fretting corrosion.

Примером использования предлагаемого технического решения является муфта, в которой одна из полумуфт выполнена с обоймой, имеющей на внутренней поверхности радиальные лопатки, другая полумуфта выполнена с наружными радиальными лопатками, расположенными между лопатками обоймы, а неметаллические упругие элементы выполнены в виде упругих брусков, каждый из которых расположен между одной лопаткой обоймы, выполненной на одной полумуфте, и одной лопаткой другой полумуфты.An example of the use of the proposed technical solution is a coupling in which one of the coupling half is made with a cage having radial blades on the inner surface, the other half coupling is made with external radial blades located between the cage blades, and non-metallic elastic elements are made in the form of elastic bars, each of which located between one blade of the cage, made on one coupling half, and one blade of another coupling half.

Изобретение иллюстрируется фиг.1-4.The invention is illustrated in figures 1-4.

На фиг.1 представлен привод вспомогательных механизмов тепловоза, на фиг.2 и 3 - общий вид возможного исполнения предлагаемой конструкции муфты, а на фиг.4 - разрез по А - А на фиг.2 и 3.Figure 1 presents the drive of the auxiliary mechanisms of the locomotive, figure 2 and 3 is a General view of a possible implementation of the proposed design of the coupling, and figure 4 is a section along a - a in figure 2 and 3.

Привод вспомогательных механизмов (фиг.1) состоит из ведущего вала 1, соединенного одним концом с коленчатым валом дизеля 2, а вторым концом - с муфтой 3 для привода редуктора 4 и синхронного подвозбудителя 5, а также из ведомых валов 6, на которых закреплены муфты 7. Эти валы служат для передачи вращения от дизеля 2 к гидроприводу 8 вала 9 вентилятора холодильника тепловоза (не показано). Промежуточная опора 10 установлена для обеспечения прямолинейности линии валопровода. Изображенный вариант привода с использованием предлагаемой муфты является типичным для случая передачи больших моментов вращения, когда с полумуфтами соединены детали, имеющие значительную массу. Такие случаи делают значимым дисбаланс этих масс, вызывающий поперечные колебания полумуфт.The drive of auxiliary mechanisms (Fig. 1) consists of a drive shaft 1 connected at one end to the crankshaft of diesel 2, and the second end to a coupling 3 for driving a gearbox 4 and synchronous exciter 5, as well as driven shafts 6 on which the couplings are mounted 7. These shafts are used to transmit rotation from the diesel 2 to the hydraulic actuator 8 of the shaft 9 of the fan of the refrigerator of the locomotive (not shown). The intermediate support 10 is installed to ensure the straightness of the shaft line. The illustrated version of the drive using the proposed coupling is typical for the case of transmission of large moments of rotation, when parts having a significant mass are connected to the half-couplings. Such cases make significant the imbalance of these masses, causing transverse vibrations of the coupling halves.

На фиг.2-4 показан возможный вариант конструкции предлагаемой муфты. Муфта 11 содержит полумуфты 12 (ведущая) и 13 (ведомая). Полумуфта 12 предает крутящий момент полумуфте 13 через неметаллические упругие элементы 14. Муфта 11 содержит также центрирующую опору 15, ограничивающую радиальное смещение полумуфт 12 и 13 относительно друг друга при вращении муфты 11. При этом полумуфта 12 содержит элемент 16 с частью сферической поверхности 17, а полумуфта 13 выполнена содержащей внутреннюю коническую поверхность 18. Абсолютно точное выполнение сферы и конуса в производственных условиях невозможно. Поэтому сферичность и конусность указанных поверхностей следует понимать с учетом производственных допусков на изготовление. Сфера и конус контактируют практически без зазора вне зависимости от углового положения осей сферической и конической поверхностей. Это способствует улучшению центрирования и уменьшению контактных давлений и износа указанной опоры.Figure 2-4 shows a possible design of the proposed coupling. The clutch 11 contains a coupling half 12 (leading) and 13 (slave). The coupling 12 delivers torque to the coupling half 13 through non-metallic elastic elements 14. The coupling 11 also contains a centering support 15, limiting the radial displacement of the coupling halves 12 and 13 relative to each other during rotation of the coupling 11. The coupling half 12 contains an element 16 with part of a spherical surface 17, and the coupling half 13 is made containing an inner conical surface 18. Absolutely accurate execution of the sphere and cone in production conditions is impossible. Therefore, the sphericity and conicity of these surfaces should be understood taking into account manufacturing manufacturing tolerances. The sphere and cone are in contact practically without a gap, regardless of the angular position of the axes of the spherical and conical surfaces. This improves centering and reduces contact pressures and wear of said support.

Согласно фиг.3 коническая поверхность 18 образована втулкой 19, неподвижно закрепленной относительно полумуфты 13, а элемент 16 с частью сферической поверхности 17 выполнен с возможностью аксиального перемещения относительно полумуфты 12. Одновременно предусмотрена возможность поворота полумуфты 12 вокруг оси элемента 16. Этим исключается вращательное движение сферической поверхности 17 относительно оси вращения полумуфты 12 при крутильных колебаниях последней, что дополнительно уменьшает износ поверхности контакта сферы с конусом.According to figure 3, the conical surface 18 is formed by a sleeve 19, fixedly mounted relative to the coupling half 13, and the element 16 with part of the spherical surface 17 is made with the possibility of axial movement relative to the coupling half 12. At the same time, it is possible to rotate the coupling half 12 around the axis of the element 16. This eliminates the rotational movement of a spherical surface 17 relative to the axis of rotation of the coupling half 12 during torsional vibrations of the latter, which further reduces wear on the contact surface of the sphere with the cone.

Воздействие на элемент 16 со стороны пружины 20 гарантирует наличие контакта в центрирующей опоре без регулировки положения элемента 16 относительно полумуфт 12 и 13 при монтаже. Пружина 20 обеспечивает также поджатие элемента 16 к полумуфте 13 во время вращения, при котором происходит непрерывное изменение углового положения осей элемента 16 и конической поверхности 18 из-за наличия угла между осями полумуфт 12 и 13.The impact on the element 16 from the side of the spring 20 ensures contact in the centering support without adjusting the position of the element 16 relative to the coupling halves 12 and 13 during installation. The spring 20 also provides a preload element 16 to the coupling half 13 during rotation, in which there is a continuous change in the angular position of the axes of the element 16 and the conical surface 18 due to the presence of an angle between the axes of the coupling halves 12 and 13.

Наиболее простое исполнение элемента 16 - это его выполнение в виде фрагмента 21 сферы, закрепленного неподвижно на несущем стержне 22. При этом полумуфта 12 может быть выполнена с цилиндрическим (с учетом производственных допусков на изготовление) отверстием 23, охватывающим стержень 22 и образующим с этим стержнем пару трения скольжения. Согласно фиг.2 и 3 один торец 24 отверстия 23 закрыт крышкой 25, а другой торец 26 выполнен с фаской, позволяющей установить уплотнительное тороидальное кольцо 27 для герметизации зазора 28 относительно внешней среды. Это исключает попадание загрязнений из внешней среды в указанный зазор и предотвращает утечку, например, консистентной смазки, которая может быть добавлена при сборке муфты в зазор 28 перед установкой крышки 25.The simplest embodiment of element 16 is its execution in the form of a fragment 21 of a sphere fixed motionlessly on the supporting rod 22. In this case, the coupling half 12 can be made with a cylindrical (taking into account manufacturing manufacturing tolerances) hole 23 covering the rod 22 and forming with this rod a pair of sliding friction. According to figure 2 and 3, one end 24 of the hole 23 is closed by a cover 25, and the other end 26 is made with a bevel, which allows you to install a sealing toroidal ring 27 to seal the gap 28 relative to the external environment. This eliminates the ingress of contaminants from the environment into the specified gap and prevents leakage, for example, of grease, which can be added when assembling the coupling into the gap 28 before installing the cover 25.

Наилучшие условия для использования указанной смазки создает выполнение стержня 22 с внутренней полостью 29, имеющей торцевое отверстие 30 и несколько отверстий 31 на боковой поверхности. Отверстие 30 обеспечивает заполнение полости 29 смазкой, а отверстия 31 - подвод смазки в зазор 28 между парами трения под действием центробежной силы во время вращения муфты. Такое использование центробежного поля для создания давления в смазывающей среде обеспечивает постоянное обновление ее пленки на поверхностях трения.The best conditions for using this lubricant are created by the implementation of the rod 22 with an internal cavity 29 having an end hole 30 and several holes 31 on the side surface. The hole 30 provides filling of the cavity 29 with lubricant, and the hole 31 - supply of lubricant to the gap 28 between the friction pairs under the action of centrifugal force during rotation of the coupling. This use of a centrifugal field to create pressure in a lubricating medium provides a constant update of its film on friction surfaces.

В целях уменьшения фретинг-коррозии элемент 16, стенки отверстия 23, поверхность 18 (как на полумуфте 13, так и на втулке 19) могут иметь защитное покрытие. Примером такого покрытия является гуммирование поверхностей трения или нанесения на них электролитического слоя меди, олова или кадмия. Другой способ уменьшить фретинг-коррозию - это использование материалов с различной твердостью. Хорошую сопротивляемость фретинг-коррозии оказывают пары типа сталь - полиамид или сталь - полихлорвинил. Так, например, фрагмент 21 со сферической поверхностью может быть выполнен из стали, а втулка 19 - из полиамида.In order to reduce fretting corrosion, the element 16, the walls of the hole 23, the surface 18 (both on the coupling half 13 and on the sleeve 19) may have a protective coating. An example of such a coating is the gumming of friction surfaces or the deposition of an electrolytic layer of copper, tin or cadmium on them. Another way to reduce fretting corrosion is to use materials with different hardnesses. Good resistance to fretting corrosion is exerted by steel-polyamide or steel-polyvinyl chloride pairs. So, for example, a fragment 21 with a spherical surface can be made of steel, and the sleeve 19 from polyamide.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано, например, для муфты, в которой полумуфта 12 выполнена с обоймой 32, имеющей на внутренней поверхности радиальные лопатки 33, а полумуфта 13 выполнена с наружными радиальными лопатками 34, расположенными между лопаток 33. Неметаллические упругие элементы 14 могут быть выполнены в виде упругих брусков, каждый из которых расположен между одной лопаткой обоймы 32 и одной лопаткой полумуфты 13. Кольцом 35 предотвращается выпадение этих брусков при работе муфты.The proposed technical solution can be used, for example, for a coupling in which the coupling half 12 is made with a cage 32 having radial blades 33 on the inner surface and the coupling half 13 is made with external radial blades 34 located between the blades 33. Non-metallic elastic elements 14 can be made in the form of elastic bars, each of which is located between one blade of the cage 32 and one blade of the coupling half 13. Ring 35 prevents the loss of these bars during operation of the coupling.

В ходе патентных исследований не были обнаружены аналогичные решения, обеспечивающие достижение указанного выше технического результата.In the course of patent research, no similar solutions were found to ensure the achievement of the above technical result.

Claims

1. A coupling containing two coupling halves configured to transmit torque from one to another through non-metallic elastic elements, and a centering support configured to limit the radial displacement of the coupling halves relative to each other during their rotation, characterized in that the first of the coupling halves contains an inner the conical surface, the centering support comprises an element with a part of a spherical surface in contact with the specified conical surface, the element with a part of the spherical surface is fixed motionless on a bearing rod, forming a pair of sliding friction with the walls of the cylindrical hole made in the second coupling half, while the second coupling half contains a spring and is configured to expose said spring to said element with a part of the spherical surface to ensure contact between the spherical and conical surfaces.

2. The coupling according to claim 1, characterized in that the element with a part of the spherical surface is made to move along and around the axis of rotation of the coupling, and the first coupling is made with a sleeve fixed on it having an inner conical surface.

3. The sleeve according to claim 2, characterized in that the element with a part of the spherical surface is made in the form of a fragment of a sphere, and the cylindrical hole made in the second half-coupling is closed from one end and the gap mentioned at least partially is sealed from the other end slip friction pairs relative to the external environment.

4. The coupling according to claim 3, characterized in that the second coupling half is configured to fill with a lubricant a gap in a pair of sliding friction formed by the walls of the cylindrical hole and the bearing rod.

5. The sleeve according to claim 4, characterized in that the supporting rod is made with an internal cavity having at least one through hole at the end opposite the fragment of the sphere, and at least one through hole at its side surface, while the second coupling half is made with the possibility of filling with grease the specified internal cavity.

6. The coupling according to any one of claims 3 to 5, characterized in that and / or the element with a part of the spherical surface and / or the wall of the hole covering the rod, and / or the sleeve with the inner conical surface have a coating against fretting corrosion or are made from material resistant to fretting corrosion.

7. The coupling according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that one of the coupling halves is made with a cage having radial blades on the inner surface, the other coupling half is made with outer radial blades located between the casing blades, and non-metallic elastic elements are made in the form of elastic bars, each of which is located between one blade of the cage, made on one coupling half, and one blade of another coupling half.