RU2235241C1 - Clutch for transmitting rotation to pressure-tight space - Google Patents
Clutch for transmitting rotation to pressure-tight space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235241C1 RU2235241C1 RU2003108585/06A RU2003108585A RU2235241C1 RU 2235241 C1 RU2235241 C1 RU 2235241C1 RU 2003108585/06 A RU2003108585/06 A RU 2003108585/06A RU 2003108585 A RU2003108585 A RU 2003108585A RU 2235241 C1 RU2235241 C1 RU 2235241C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- precession
- shafts
- cranks
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, к механизмам передачи вращательного движения в герметично разделенные объемы, заполненные различными средами, и может найти применение, в частности, для передачи вращения от электродвигателя к валу насосного агрегата типа ГДМ, предназначенного для перекачки агрессивных, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и сжиженных газов, например, в оборудовании для добычи и транспортировки природного газа. Изобретение особенно предпочтительно при передаче высоких крутящих моментов.The invention relates to the field of mechanical engineering, to mechanisms for transmitting rotational motion into hermetically separated volumes filled with various media, and can be used, in particular, for transmitting rotation from an electric motor to a shaft of a pumping unit of the type GDM, intended for pumping aggressive, flammable and combustible liquids and liquefied gases, for example, in equipment for the extraction and transportation of natural gas. The invention is particularly preferred when transmitting high torques.
В настоящее время для передачи вращения в герметично разделенные объемы используют магнитные муфты, в которых вращательный момент передается посредством взаимодействия двух полумуфт из магнитного материала, разделенных неподвижным герметичным экраном (см. Интернет-сайт ЗАО ГИДРОДИНАМИКА, www.gidrodinamika.ru). Такие муфты при высокой надежности герметизации и компактности сравнительно дороги, так как используют дорогие магнитные сплавы неодим-железо-бор и самарий-кобальт, а герметичный разделительный экран выполняется из немагнитных сплавов, в частности, титановых. Кроме того, магнитную муфту нельзя применять в условиях, в которых возможно появление магнитных частиц. Муфта имеет ограничения по передаваемым моментам вращения, обусловленные конечной величиной сил магнитного взаимодействия. Муфты требуют охлаждения и снабжены охлаждающим контуром. Как показал опыт эксплуатации магнитных муфт в оборудовании для перекачки газового конденсата, охлаждающий контур забивается тяжелыми фракциями и происходит перегрев муфты, сопровождающийся потерей работоспособности.At present, magnetic couplings are used to transfer rotation to hermetically separated volumes, in which the torque is transmitted through the interaction of two half-couplings of magnetic material separated by a fixed hermetic shield (see the website of JSC GIDRODINAMIKA, www.gidrodinamika.ru). Such couplings, with high reliability of sealing and compactness, are relatively expensive, since they use expensive magnetic neodymium-iron-boron and samarium-cobalt magnetic alloys, and the sealed separation screen is made of non-magnetic alloys, in particular titanium. In addition, the magnetic coupling cannot be used under conditions in which the appearance of magnetic particles is possible. The coupling has restrictions on the transmitted angular momenta due to the finite magnitude of the forces of magnetic interaction. Couplings require cooling and are equipped with a cooling circuit. As shown by the experience of operating magnetic couplings in equipment for pumping gas condensate, the cooling circuit is clogged with heavy fractions and the clutch overheats, accompanied by a loss of operability.
Известен герметичный ввод (патент RU №2057979, МПК F 16 J 15/52), содержащий установленные в отдельных корпусах ведущий и ведомый валы с эксцентриками на торцах. Эксцентрики чрез подшипники сопряжены с промежуточным плавающим элементом в форме стакана, открытый торец которого связан с корпусом герметизирующим рукавом из эластичного материала. Рукав упрочнен арматурой или пружиной, разгружающей рукав от крутящих усилий и избыточного давления. При простоте конструкции данный ввод имеет большой дисбаланс масс, делающий невозможным его применение при передаче высоких скоростей вращения. Кроме того, ввод имеет ограничения по составу разделяемых сред, т.е. не может использоваться с агрессивными, легковоспламеняемыми и горючими веществами или одним из них.Known sealed input (patent RU No. 2057979, IPC F 16
Аналогичный принцип с эксцентриками и плавающей шайбой использован в передаче с вакуумным уплотнением по патенту US №2119955, только в качестве барьерного элемента используются три радиально расположенных гофрированных стакана, которые позволяют шайбе совершать свое планетарное движение. В этом же патенте описана и другая разновидность передачи вращения с уплотнением. Здесь входной и выходной валы на торцах имеют торцевые кулачки в виде наклонных шайб, взаимодействующих через подшипники с промежуточным элементом - качающейся шайбой. Качающаяся шайба связана с корпусом гофрированным стаканом, который позволяет ей совершать качающееся движение, и является герметизирующим элементом. Схемы с гофрами, которые могут быть выполнены из металла, позволяют использовать их с любыми разделяемыми средами, в том числе агрессивными и легковоспламеняющимися. Основной недостаток таких схем состоит в больших габаритах гофра и большой амплитуде его перемещений, что уменьшает надежность герметизации и срок его службы. При больших перепадах давлений в герметизируемых объемах необходимо принимать меры для упрочнения гофра, но утолщение стенок снижает его подвижность.A similar principle with eccentrics and a floating washer is used in the transmission with a vacuum seal according to US patent No. 2119955, only three radially arranged corrugated cups are used as a barrier element, which allow the washer to make its planetary motion. The same patent also describes another type of transmission of rotation with a seal. Here, the input and output shafts at the ends have end cams in the form of inclined washers interacting through bearings with an intermediate element - a swash plate. The swinging washer is connected to the housing by a corrugated glass, which allows it to make a swinging movement, and is a sealing element. Schemes with corrugations, which can be made of metal, allow them to be used with any shared media, including aggressive and flammable ones. The main disadvantage of such schemes is the large dimensions of the corrugation and the large amplitude of its movements, which reduces the reliability of sealing and its service life. With large pressure differences in the pressurized volumes, it is necessary to take measures to strengthen the corrugation, but the thickening of the walls reduces its mobility.
Известны схемы с качающейся шайбой, в которых герметизирующий элемент выполнен в виде гибкой мембраны, соединяющей периметр шайбы с корпусом (патенты US 2545562, US 3049931, US 4403521). Здесь на торцах соединяемых валов выполнены кулачки в виде косых шайб. Для предотвращения осевого перемещения друг относительно друга валы посажены в корпусе с помощью радиально-упорных подшипников, которые должны выдерживать осевую нагрузку, соответствующую передаваемому моменту. Между кулачками расположена качающаяся шайба, взаимодействующая с ними через подшипники. Шайба связана с корпусом гибкой мембраной, герметично разделяющей объемы, в которых находятся валы. Поверхность мембраны значительно меньше поверхности гофра, поэтому при равной толщине она выдерживает больший перепад давлений. Основной недостаток таких мембранных механизмов заключается в сравнительно большой амплитуде колебаний мембраны, поэтому для повышения срока службы мембрана должна быть достаточно гибкой. Требование гибкости для большинства материалов вступает в противоречие с требованиями прочности мембраны, так как, например, для металлов гибкость повышается, а прочность падает с уменьшением толщины. В патенте US 2545562 мембрану делают из резины, поэтому описанный механизм имеет ограничения по разделяемым средам. В патенте US 3049931 для повышения гибкости при достаточной прочности мембраны выполнены многослойными, с центральным металлическим слоем и наружными слоями из пластиков. Однако это усложняет технологию изготовления мембран и увеличивает их стоимость.Known schemes with a swinging washer in which the sealing element is made in the form of a flexible membrane connecting the perimeter of the washer with the housing (patents US 2545562, US 3049931, US 4403521). Here, at the ends of the connected shafts, cams are made in the form of oblique washers. To prevent axial movement relative to each other, the shafts are seated in the housing using angular contact bearings, which must withstand the axial load corresponding to the transmitted moment. Between the cams is a swinging washer interacting with them through bearings. The washer is connected to the housing with a flexible membrane that seals the volumes in which the shafts are located. The surface of the membrane is much smaller than the surface of the corrugation, therefore, with equal thickness, it withstands a greater pressure drop. The main disadvantage of such membrane mechanisms is the relatively large amplitude of membrane vibrations, therefore, to increase the service life of the membrane must be sufficiently flexible. The requirement of flexibility for most materials contradicts the requirements of membrane strength, since, for example, for metals, flexibility increases and strength decreases with decreasing thickness. In US Pat. No. 2,545,562, the membrane is made of rubber; therefore, the described mechanism has limitations on shared media. In the patent US 3049931 to increase flexibility with sufficient strength, the membranes are multilayer, with a Central metal layer and the outer layers of plastics. However, this complicates the technology of manufacturing membranes and increases their cost.
Устройство для передачи момента в патенте US 5964676 содержит эксцентрик, выполненный только на одном из валов. На эксцентрике через подшипники свободно посажено планетарное зубчатое колесо, зацепляющееся с колесом внутреннего зацепления на втором из валов. Планетарное зубчатое колесо соединено с косым кривошипным валом, противоположный конец которого зацепляется с корпусом зубчатым зацеплением. Кривошипный вал в процессе работы устройства прецессирует относительно центра, лежащего в плоскости зацепления его с корпусом, а планетарное зубчатое колесо совершает сложное движение, складывающееся из планетарного плоскопараллельного и прецессии. Герметизирующая гибкая мембрана, соединяющая косой кривошип с корпусом, расположена в плоскости центра прецессии, и поэтому имеет небольшую амплитуду колебаний. В этом механизме момент вращения передается колесу внутреннего зацепления только при не вращающемся планетарном колесе. Зубчатое зацепление косого кривошипного вала разгружает мембрану от вращательных усилий. Основной недостаток описанного устройства заключается в невысоком кпд передачи, обусловленном трением в зубчатых зацеплениях планетарного колеса с колесом выходного вала и косого кривошипа с корпусом, а также в несбалансированности механизма.The device for transmitting torque in the patent US 5964676 contains an eccentric made on only one of the shafts. On the eccentric, through the bearings, a planetary gear wheel is freely set that engages with the internal gear wheel on the second of the shafts. A planetary gear wheel is connected to an oblique crank shaft, the opposite end of which is engaged with the housing by gearing. The crank shaft during the operation of the device precesses relative to the center lying in the plane of its engagement with the housing, and the planetary gear wheel makes a complex motion, consisting of planetary plane-parallel and precession. A sealing flexible membrane connecting the oblique crank to the housing is located in the plane of the precession center, and therefore has a small amplitude of vibrations. In this mechanism, the torque is transmitted to the internal gear wheel only when the planetary wheel is not rotating. The gearing of the oblique crank shaft relieves the membrane from rotational forces. The main disadvantage of the described device is the low transmission efficiency due to friction in the gears of the planetary wheel with the output shaft wheel and the oblique crank with the housing, as well as in the imbalance of the mechanism.
В качестве прототипа выберем устройство для передачи вращения в изолированную область по патенту US 6119537. Устройство содержит корпус с двумя фланцами, в которых соосно на подшипниках установлены концы соединяемых валов. Концы валов выполнены с косыми кривошипами, причем косой кривошип одного из валов представляет собой наклонную шейку, а наклонная шейка второго косого кривошипа образует с валом плечо кривошипа. При такой геометрической конфигурации косых кривошипов их общая ось пересекает ось валов у конца первого вала. Шейки косых кривошипов связаны друг с другом шайбой, посаженной на кривошипы с помощью подшипников. При вращении валов шайба совершает прецессию относительно конца первого вала, т.е. совершает одновременно качающееся и плавающее движение. Периметр шайбы соединен с корпусом гибким герметизирующим элементом, который совершает такое же движение, как и качающаяся шайба. Из-за большой амплитуды этих перемещений гибкий элемент выполнен гофрированным в виде стакана или мембраны. Из-за трения качающаяся шайба будет испытывать действие момента вращения, который прикладывается к гофрированной мембране и может ее деформировать. Для разгрузки герметизирующего элемента шайба снабжена зубчатым венцом, зацепляющимся с зубчатым колесом на корпусе. Основные недостатки прототипа заключаются в невысокой прочности и низком сроке службы герметизирующей мембраны, а также в больших потерях энергии на трение зубьев в зубчатом зацеплении качающейся шайбы с корпусом, особенно учитывая тот факт, что шайба не только качается, но и совершает плавающее движение.As a prototype, we will choose a device for transmitting rotation to an isolated area according to US Pat. No. 6,119,537. The device comprises a housing with two flanges in which the ends of the connected shafts are mounted coaxially on the bearings. The ends of the shafts are made with oblique cranks, the oblique crank of one of the shafts being an inclined neck, and the inclined neck of the second oblique crank forms a shoulder of the crank with the shaft. With this geometric configuration of the oblique cranks, their common axis intersects the shaft axis at the end of the first shaft. The necks of the oblique cranks are connected to each other by a washer seated on the cranks using bearings. When the shafts rotate, the washer precesses relative to the end of the first shaft, i.e. makes both swinging and floating movement. The perimeter of the washer is connected to the housing by a flexible sealing element, which makes the same movement as the swinging washer. Due to the large amplitude of these movements, the flexible element is made corrugated in the form of a glass or membrane. Due to friction, the swinging washer will experience the action of a torque that is applied to the corrugated membrane and can deform it. For unloading the sealing element, the washer is equipped with a ring gear engaged with a gear on the housing. The main disadvantages of the prototype are the low strength and low life of the sealing membrane, as well as the large loss of energy due to the friction of the teeth in the gearing of the swinging washer with the housing, especially considering the fact that the washer not only swings, but also makes a floating movement.
Таким образом, задачей изобретения является создание сравнительно простого, дешевого, экономичного и надежного механизма передачи вращения в герметичный объем. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в уменьшении до минимума амплитуды колебаний герметизирующей мембраны и в максимальной ее разгрузке от различных дополнительных усилий.Thus, the object of the invention is to provide a relatively simple, cheap, economical and reliable mechanism for transmitting rotation into a sealed volume. The technical result achieved by the invention is to minimize the amplitude of oscillations of the sealing membrane and to maximize its unloading from various additional forces.
Для решения поставленной задачи муфта для передачи вращения в герметичный объем содержит следующую новую совокупность признаков. Соосные ведущий и ведомый валы установлены в корпусе на подшипниках. На концах обоих валов выполнены косые кривошипы с общей осью вращения, пересекающей ось вращения валов. Косые кривошипы связаны друг с другом штоком, свободно посаженным на кривошипы с помощью подшипников с возможностью осевого смещения. Шток имеет возможность прецессии и снабжен связью, обеспечивающей фиксацию центра прецессии в точке пересечения оси кривошипов с осью вращения валов. Шток в области центра прецессии соединен с корпусом гибкой, герметично разделяющей объемы корпуса плоской мембраной. Возможность осевого смещения штока и фиксация центра его прецессии в точке пересечения осей косых кривошипов и соединяемых валов обеспечивает разгрузку мембраны от осевых и радиальных усилий, вызванных как неточностями изготовления, так и передаваемым моментом вращения.To solve the problem, the coupling for transmitting rotation into a sealed volume contains the following new set of features. Coaxial drive and driven shafts are mounted on bearings in the housing. At the ends of both shafts, oblique cranks are made with a common axis of rotation intersecting the axis of rotation of the shafts. Oblique cranks are connected to each other by a rod, freely mounted on the cranks with bearings with the possibility of axial displacement. The rod has the possibility of a precession and is equipped with a link, which ensures the fixation of the center of the precession at the point of intersection of the axis of the cranks with the axis of rotation of the shafts. The rod in the area of the precession center is connected to the housing with a flexible, hermetically separating body volume flat membrane. The possibility of axial displacement of the rod and fixing the center of its precession at the point of intersection of the axes of the oblique cranks and the connected shafts provides unloading of the membrane from axial and radial forces caused by both manufacturing inaccuracies and transmitted torque.
Прецессирующий шток можно выполнить в виде стержня, вставленного на подшипниках внутрь полых косых кривошипов на концах валов. При этом у подшипников вращается наружная обойма. Известно, что ресурс подшипника выше, если вращающейся деталью является внутренняя обойма. Поэтому для повышения ресурса работы подшипника шток лучше надеть на наклонные шейки косых кривошипов. Для этого шток, по меньшей мере, на концах выполнен полым.The precessing rod can be made in the form of a rod inserted on bearings inside hollow oblique cranks at the ends of the shafts. At the same time, the outer race rotates around the bearings. It is known that the bearing life is higher if the rotating part is an inner race. Therefore, to increase the service life of the bearing, it is better to put the rod on the inclined necks of the oblique cranks. For this, the rod, at least at the ends, is hollow.
Связи для фиксации центра прецессии штока могут быть обеспечены различными конструктивными элементами. В частности, это может быть связанный с корпусом диск, лежащий в плоскости, проходящей через центр прецессии, и соединенный со штоком универсальным шарниром. Шарнир не позволяет штоку в этом сечении совершать радиальные перемещения, а позволяет только угловые или небольшие осевые перемещения, чем и обеспечивается постоянная фиксация центра прецессии и совпадение его с точкой пересечения осей.Connections for fixing the center of the precession of the rod can be provided by various structural elements. In particular, this can be a disk connected to the housing, lying in a plane passing through the center of the precession, and connected to the rod by a universal joint. The hinge does not allow the rod in this section to make radial movements, but allows only angular or small axial movements, which ensures constant fixation of the precession center and its coincidence with the point of intersection of the axes.
Того же результата можно добиться и другим способом. Центр прецессии свободного штока будет фиксирован, если по обе стороны от центра прецессии шток обкатывается по одинаковым коническим поверхностям. Для этого по обе стороны от центра прецессии размещены связанные с корпусом диски, имеющие отверстия конической формы, сквозь которые проходит шток. Угол конусности отверстий равен углу прецессии. Для уменьшения трения штока о поверхность отверстий на шток через подшипники надеты ролики, которыми он обкатывает указанные конические поверхности. Размер отверстий зависит от расстояния дисков от центра прецессии и должен обеспечивать контакт штока с конической поверхностью дисков и обкатное его движение в процессе прецессии.The same result can be achieved in another way. The free rod precession center will be fixed if on both sides of the precession center the rod is run on identical conical surfaces. For this purpose, disks connected to the housing are located on both sides of the precession center, having conical shaped holes through which the rod passes. The angle of the taper of the holes is equal to the angle of the precession. To reduce the friction of the rod on the surface of the holes, the rollers are put on the rod through the bearings with the help of which it rolls over the indicated conical surfaces. The size of the holes depends on the distance of the disks from the center of the precession and should ensure the contact of the rod with the conical surface of the disks and its rolling movement during the precession.
Более надежна конструкция, в которой шток посредством подшипников установлен, по меньшей мере, в одном дополнительном косом кривошипе, выполненном в обойме, установленной в корпусе на подшипниках.A more reliable design in which the rod by means of bearings is installed in at least one additional oblique crank, made in a cage mounted in the housing on the bearings.
Возможен еще один вариант технической реализации условия, при котором центр прецессии штока зафиксирован в точке пересечения указанных выше осей. Для этого нужно, чтобы шток был связан с косыми кривошипами без возможности углового отклонения от их общей оси. Такую связь обеспечит посадка штока на или внутрь косых кривошипных валов с помощью двух разнесенных вдоль оси подшипников, т.е. консольная посадка штока.Another variant of the technical implementation of the condition is possible under which the center of the precession of the rod is fixed at the intersection of the above axes. For this, it is necessary that the stem be connected with oblique cranks without the possibility of angular deviation from their common axis. Such a connection will be ensured by the rod landing on or inside the oblique crank shafts using two bearings spaced apart along the axis, i.e. cantilever landing rod.
Следует отметить, что приведенные здесь конструкции никоим образом не исчерпывают всех возможных вариантов решения проблемы фиксации центра прецессии штока в точке пересечения осей. Любая другая конструкция связи, обеспечивающей указанную выше функцию, не выходит за пределы сущности настоящего изобретения.It should be noted that the constructions presented here in no way exhaust all possible solutions to the problem of fixing the rod precession center at the intersection of the axes. Any other communication design that provides the above function does not go beyond the essence of the present invention.
Большей нагрузочной способностью обладает вариант муфты, в котором концы штока выполнены диаметром большим, чем его диаметр в зоне крепления гибкой мембраны. Действительно, такое увеличение размеров концов штока позволяет использовать для его связи с кривошипами подшипники большего размера, которые обладают большей нагрузочной способностью.The coupling option, in which the rod ends are made with a diameter larger than its diameter in the area of the flexible membrane fastening, has a greater load-bearing capacity. Indeed, such an increase in the size of the ends of the rod allows the use of larger bearings, which have a greater load capacity, for its connection with the cranks.
Для обеспечения достаточной прочности гибкой мембраны, особенно при больших перепадах давления между разделяемыми объемами ее лучше всего выполнить из сплава с высоким коэффициентом относительного линейного растяжения, например из никелида титана, или демпфирующих сплавов на основе железа, алюминия, меди или никеля.To ensure sufficient strength of the flexible membrane, especially at large pressure differences between the volumes to be separated, it is best to be made of an alloy with a high coefficient of relative linear tension, for example, titanium nickelide, or damping alloys based on iron, aluminum, copper or nickel.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами. На фиг.1 изображены схемы, поясняющие необходимость наложения на прецессирующий шток дополнительных связей. На фиг.2-8 в продольном сечении показаны схемы различных вариантов предлагаемого устройства. На фиг.9 приведен общий вид одного из вариантов муфты в разрезе.The invention is illustrated in graphic materials. Figure 1 shows a diagram explaining the need for imposing additional links on the precessing rod. Figure 2-8 in longitudinal section shows a diagram of various variants of the proposed device. Figure 9 shows a General view of one of the options for the coupling in the context.
Муфта передает крутящий момент от входного вала 1 к выходному валу 2, причем валы находятся в объемах 3 и 4, заполненных различными средами под разным давлением. Концы валов 1 и 2 крепятся на подшипниках 5 и 6, в корпусе 7. На концах валов выполнены косые кривошипы 8 и 9, с противоположно направленными плечами, имеющие общую наклонную ось СС1, пересекающуюся с общей осью валов 1 и 2 в точке О. Точка О расположена между концами валов 1 и 2, и лучше всего располагать ее посередине между валами. Косые кривошипы 8 и 9 валов 1 и 2 связаны друг с другом штоком 14 с помощью подшипников 15 и 16. Между концами штока и кривошипными валами оставлены небольшие осевые зазоры. При такой посадке шток 14 свободен во вращательном движении вокруг собственной оси, имеет небольшую осевую подвижность за счет осевых люфтов подшипников 15 и 16 и имеет возможность прецессии относительно центра прецессии, который должен совпадать с точкой О. В области центра прецессии шток 14 герметично соединен с корпусом гибкой мембраной 19. Мембрана герметично разделяет корпус на два объема 3 и 4.The clutch transmits torque from the
Различные варианты выполнения косых кривошипов и посадки штока показаны на различных фигурах. На фиг.3, 4 и 5 косые кривошипы выполнены полыми и представляют собой гнезда 10 и 11. На фиг.2, 6 и 9 косые кривошипы представляют собой наклонные шейки 12 и 13. На фиг.7 и 8 косые кривошипы образованы сквозными отверстиями в наклонных плечах 46 и 47 кривошипов. На фиг.3-5 шток в виде стержня своими концами посажен на подшипниках 15 и 16 в гнездах 10 и 11, или в сквозных отверстиях, как это показано на фиг.7 и 8. В конструкциях на фиг.2, 6 и 9 шток имеет полые концы 17 и 18 и с помощью подшипников 15 и 16 надет на наклонные шейки 12 и 13 кривошипных валов.Various embodiments of oblique cranks and rod mounting are shown in various figures. In FIGS. 3, 4 and 5, the oblique cranks are hollow and are
Для доказательства того, что требование наложения на шток дополнительных связей является существенным признаком, обратимся к фиг.1а, на которой показаны силы, действующие на шток в процессе работы муфты. Здесь буквами D1 и D2 обозначены окружности, которые описывают концы штока 14 при его прецессии, а стрелками показано направление их движения. Очевидно, что мгновенные скорости движения концов штока всегда направлены в противоположные стороны. Штриховые линии АВ, EG соответствуют различным положениям, которые шток занимает при полном обороте входного кривошипа. Сила действия входного кривошипа F1 и сила противодействия выходного кривошипного вала F2 приложены к разным концам штока, лежат в одной плоскости и направлены в одну сторону. Если шток не имеет никаких других связей, кроме мембраны, то со стороны штока на мембрану 19 будет действовать сила FM большая по величине, чем силы F1 и F2. Если эта сила будет превышать силу растяжения мембраны, то центр прецессии штока сместится от точки О, и в дальнейшем произойдет заклинивание штока. Для передачи нагрузки центр прецессии штока не должен смещаться от точки пересечения общей оси кривошипов СС1 с осью вращения валов. Но в любом случае сила FM будет дополнительно нагружать гибкую мембрану 19, что крайне нежелательно с точки зрения ее прочности. Для разгрузки мембраны на шток необходимо наложить одну или несколько дополнительных связей либо с корпусом устройства, либо с косыми кривошипами. Например, на фиг.1а схематически показана дополнительная связь штока с корпусом в точке О. Эта связь не должна мешать угловому перемещению штока и должна допускать небольшое смещение штока вдоль собственной оси, необходимое для самоустановки штока после его сборки, чтобы компенсировать погрешности изготовления. Таким условиям удовлетворяет универсальный шарнир или шаровая синхронная муфта 20, изображенная на фиг.2. Шарнир соединяет шток 14 с диском 21, закрепленным в корпусе 7. Гибкая мембрана в этом случае расположена в непосредственной близости от диска, и ее лучше выполнить из двух параллельных мембранных элементов 22а и 22б по обе стороны от центра прецессии. Хотя вполне работоспособна конструкция и с одной мембраной.To prove that the requirement of imposing additional bonds on the rod is an essential feature, we turn to figa, which shows the forces acting on the rod during the operation of the coupling. Here, the letters D1 and D2 indicate circles that describe the ends of the
На фиг.1б показана схема, а на фиг.3 - конструкция связи штока 14 с корпусом 7 двумя дисками 23 и 24, закрепленными в корпусе по обе стороны от центра прецессии. В центре дисков выполнены отверстия 25 и 26 конической формы. Конические поверхности отверстий служат опорными поверхностями для штока 14. Для уменьшения трения на штоке 14 в месте его контакта с дисками 23 и 24 на подшипниках 27 надеты ролики 28. Как видно из схемы на фиг.1б, положение штока, изображенного отрезком НЕ, фиксируется в пространстве точками его опоры (точки К и М) о края отверстий в дисках 23 и 24. На фиг.4 связи штока 14 с корпусом обеспечиваются также двумя дисками 23 и 24. Для этого в дисках 23 и 24 на подшипниках 25 и 26 установлены обоймы 27 и 28 с внутренними наклонными отверстиями 29, 30. В этих отверстиях на подшипниках 31 и 32 установлен шток 14. Такая связь штока 14 с корпусом сложнее, чем в конструкции на фиг.3, но зато более надежна. Для невысоких нагрузок шток можно связать с корпусом только одной связью. На фиг.5 показана конструкция, где шток 14 связан с одним корпусным диском 23 обоймой 27 и подшипниками 25 и 31.In Fig.1b shows a diagram, and Fig.3 is a connection design of the
Фиг.1в и фиг.6 и 7 иллюстрируют варианты муфты, в которой ось штока жестко фиксирована с осью кривошипного вала с высокой точностью. Для этого полый шток 14 или шток с полыми концами, выполненными в виде стаканов 17 и 18, посажен на наклонные шейки 12 и 13 косых кривошипов 8 и 9 с помощью пары разнесенных вдоль оси подшипников 33-34 и 35-36. Очевидно, что чем больше передаваемый момент вращения, тем на большее расстояние L друг от друга должны быть разнесены подшипники 33 и 34, а также подшипники 35 и 36. Такая консольная посадка штока обеспечит совпадение оси штока с осью С1С2 косого кривошипа и, следовательно, фиксированное положение центра прецессии в точке О. На фиг.7 муфта отличается только посадкой штока 14 внутрь сквозных отверстий кривошипов 8 и 9. В вариантах конструкций с консольной посадкой штока увеличивается нагрузка на подшипники, удерживающие концы валов в корпусе, поэтому их целесообразно выполнить сдвоенными, как это показано на фиг.7 (подшипники 44 и 45). В муфте на фиг.8 уменьшены осевые габариты за счет того, что концы 46 и 47 валов 1 и 2 установлены в подшипниках 45, вынесенных внутрь корпуса.Figv and Fig.6 and 7 illustrate variants of the coupling, in which the axis of the rod is rigidly fixed with the axis of the crank shaft with high accuracy. For this, the
Как следует из схем на фиг.1, при фиксированном положении центра прецессии штока 14 в точке О мембрана 19 во всех случаях нагружена только силой деформации, вызываемой колебаниями мембраны в процессе прецессии штока. Все остальные силы компенсируются дополнительными связями штока с корпусом или кривошипами. Амплитуда колебаний гибкой мембраны тем меньше, чем ближе окружность крепления мембраны 19 со штоком 14 к неподвижному центру прецессии, т.е. зависит от диаметра штока. В описанном устройстве диаметр штока можно выбрать минимальным для данной нагрузки, он будет сравним с диаметром соединяемых валов.As follows from the diagrams in figure 1, with a fixed position of the center of the precession of the
Поскольку амплитуда колебаний невелика, то появляется возможность выполнить мембрану из металла, не прибегая к ее гофрированию. Плоская металлическая мембрана вполне способна выдерживать те небольшие крутящие моменты, которые возникают из-за остаточных сил трения в подшипниках. Повышенным числом рабочих циклов изгиба обладают мембраны из новых сплавов с высоким коэффициентом относительного удлинения. В настоящее время известно большое количество сплавов, имеющих коэффициент относительного линейного растяжения 2% и более (вплоть до 15%). К ним относятся никелид титана (см. В.Хачин, В.Пушин, В. Кондратьев “Никелид титана. Структура и свойства” М., “Наука”, 1992), имеющий коэффициент растяжения 2%. Известны также демпфирующие сплавы на основе меди, алюминия и никеля, а также наиболее экономичные демпфирующие сплавы на основе железа с добавками алюминия, марганца и др. элементов с коэффициентом линейного растяжения, достигающим 15% (см. патент RU 2158318, а также Каталог выставки PromExpoIntellect, http://www.archimedes/ru). Кроме того, мембрана может быть изготовлена сменной, что еще более увеличивает срок службы муфты.Since the amplitude of the oscillations is small, it becomes possible to make a membrane of metal without resorting to its corrugation. A flat metal membrane is quite capable of withstanding those small torques that arise due to residual frictional forces in the bearings. Membranes made of new alloys with a high coefficient of elongation have an increased number of bending cycles. Currently, a large number of alloys are known having a coefficient of relative linear tension of 2% or more (up to 15%). These include titanium nickelide (see V. Khachin, V. Pushin, V. Kondratiev “Titanium nickelide. Structure and properties” M., “Nauka”, 1992), with a stretching factor of 2%. Damping alloys based on copper, aluminum and nickel are also known, as well as the most economical damping alloys based on iron with the addition of aluminum, manganese and other elements with a linear tensile coefficient reaching 15% (see patent RU 2158318, as well as the PromExpoIntellect exhibition catalog , http: //www.archimedes/ru). In addition, the membrane can be made replaceable, which further increases the service life of the coupling.
Изображенная на фиг.9 муфта разработана для насосного агрегата ГДМ-12. Корпус состоит из двух частей 37 и 38, соединяемых друг с другом фланцами 39 и 40. Между фланцами герметично зажата мембрана 19, представляющая собой диск из гибкого материала с отверстием в центре. Концы штока 14 выполнены полыми, в виде стаканов 17 и 18. Для крепления мембраны к штоку 14 последний выполнен из двух отдельных деталей 41 и 42, соединяемых друг с другом резьбовым соединением 43. Мембрана 19 зажата между деталями 41 и 42, обеспечивая герметичное соединение ее со штоком. Концы соединяемых валов 1 и 2 посажены в корпусе на подшипниках 5 и 6 и имеют косые кривошипы с наклонными шейками 12 и 13. Ось косых кривошипов пересекает ось валов 1 и 2 в точке О, лежащей в плоскости мембраны. Шток 14 стаканами 17 и 18 надет на наклонные шейки 12 и 13 с помощью подшипников 33-34 и 35-36, которые разнесены друг от друга вдоль оси. Небольшая подвижность штока 14 вдоль оси, обеспечиваемая посадкой подшипников 33, 34, 35 и 36, позволяет штоку самоустанавливаться относительно мембраны, компенсируя неточности изготовления и устраняя напряжения в мембране при сборке.The coupling shown in Fig. 9 is designed for the pumping unit GDM-12. The housing consists of two
Муфта работает следующим образом. Вращение входного вала 1, расположенного в объеме 3 с одной средой, преобразуется в прецессию косого кривошипа 8 относительно точки О - точки пересечения его оси с осью валов 1 и 2. Прецессия кривошипа 8 повлечет за собой аналогичное движение связанного с ним штока 14, которое при совпадении центров прецессии кривошипа 8 и штока 14 вызовет синхронную прецессию кривошипа 9. Благодаря свободной (с помощью подшипников 15 и 16) посадке штока 14 на косые кривошипы 8 и 9 шток не будет вращаться вокруг собственной оси. Это позволяет герметично соединить его с корпусом 7 упругой мембраной 19, амплитуда колебаний которой будет тем меньше, чем меньше диаметр штока. Осевая подвижность штока обеспечивается осевыми люфтами подшипников 15, 16, 31, 32, 33, 34, 35 и 36. Она позволяет штоку 14 самоустанавливаться в процессе работы относительно плоскости крепления мембраны. Для уменьшения нагрузки на элементы конструкции при передаче одного и того же крутящего момента необходимо увеличивать плечо действующей силы. Плечом является плечо косого кривошипного вала, которое при одном и том же угле прецессии тем больше, чем больше расстояние вдоль оси штока 14 от центра прецессии до места его крепления к косому кривошипу. В прототипе увеличение плеча приводит к увеличению амплитуды качающейся шайбы и мембраны. Увеличение осевых размеров устройства никоим образом не влияет на условия работы мембраны. Одним из основных напряженных по нагрузке узлов являются подшипники, нагрузочную способность которых можно увеличить, увеличивая их размер. Для этого необходимо увеличить диаметр концов штока, не изменяя его диаметра в плоскости центра прецессии и не меняя условий работы мембраны. Таким образом, в предлагаемом устройстве диаметр прецессирующего штока в плоскости крепления мембраны можно сделать минимальным для передаваемой нагрузки, сравнимым с диаметрами соединяемых валов. Уменьшение диаметра приближает окружность соединения мембраны со штоком к центру прецессии, т.е. к неподвижной точке. Естественно, что это уменьшает амплитуду колебаний мембраны и увеличивает срок ее службы. Еще более высоким будет срок службы мембраны, выполненной из сплава с высоким показателем относительного удлинения. Малая амплитуда колебаний мембраны позволяет выполнить ее более жесткой, способной выдерживать крутящий момент, вызываемый силами трения в подшипниках. По сравнению с прототипом отпадает необходимость в зубчатом зацеплении промежуточного прецессирующего элемента с корпусом.The coupling operates as follows. The rotation of the
Таким образом, предлагаемая муфта успешно решает задачу создания простого, дешевого и надежного устройства для передачи вращения в герметично разделенные объемы.Thus, the proposed coupling successfully solves the problem of creating a simple, cheap and reliable device for transmitting rotation into hermetically separated volumes.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003108585/06A RU2235241C1 (en) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | Clutch for transmitting rotation to pressure-tight space |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003108585/06A RU2235241C1 (en) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | Clutch for transmitting rotation to pressure-tight space |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2235241C1 true RU2235241C1 (en) | 2004-08-27 |
Family
ID=33414206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003108585/06A RU2235241C1 (en) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | Clutch for transmitting rotation to pressure-tight space |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2235241C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474746C2 (en) * | 2010-06-15 | 2013-02-10 | Гречнев Иван Анатольевич | Sealing coupling |
-
2003
- 2003-03-27 RU RU2003108585/06A patent/RU2235241C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474746C2 (en) * | 2010-06-15 | 2013-02-10 | Гречнев Иван Анатольевич | Sealing coupling |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5387157A (en) | Flexible disc-like coupling element | |
| US5135060A (en) | Articulated coupling for use with a downhole drilling apparatus | |
| RU2332598C2 (en) | Rpm gearbox with flexible joint between satellite race and fixed bracket | |
| JP2723933B2 (en) | Scroll type fluid machine | |
| US8167760B2 (en) | Toroidal continuously variable transmission unit and continuously variable transmission | |
| US20080045369A1 (en) | Speed reducer | |
| EP3399211B1 (en) | Cycloid speed reducer | |
| JP2573324B2 (en) | Eccentric weight sub-assembly and eccentric weight sub-assembly in combination with earth compactor drum | |
| JPH028157B2 (en) | ||
| CN102648359A (en) | Constant velocity coupling | |
| US20140238159A1 (en) | Coaxial rotary shaft feedthrough with backlash reduction | |
| CN110425377A (en) | A kind of inertia pipe robot of bidirectional-movement | |
| RU2235241C1 (en) | Clutch for transmitting rotation to pressure-tight space | |
| CN106678341B (en) | Miniature speed reducer | |
| JPH0861450A (en) | Power transmission using planetary roller type gear changing mechanism | |
| CN103486271A (en) | Sealing mechanism of a rotation processing apparatus | |
| RU2252346C2 (en) | Coupling for transmitting rotation to pressure-tight space | |
| US4495771A (en) | Stirling-cycle engine | |
| US11519416B2 (en) | Compressor system | |
| CN110023626A (en) | Screw compressor and its manufacturing method | |
| CN210484520U (en) | Transmission device and multi-legged robot | |
| CN109737187B (en) | Speed reducer | |
| CN206111561U (en) | Compressor with a compressor housing having a plurality of compressor blades | |
| CN111795249A (en) | Compensator and application thereof | |
| US4337952A (en) | Hermetic sealing apparatus for a rotating shaft |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 24-2004 FOR TAG: (72) |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070328 |