RU2252346C2

RU2252346C2 - Coupling for transmitting rotation to pressure-tight space

Info

Publication number: RU2252346C2
Application number: RU2003110617/11A
Authority: RU
Inventors: В.В. Становской (RU); В.В. Становской; вичюс С.М. Казак (RU); С.М. Казакявичюс; Т.А. Ремнева (RU); Т.А. Ремнева
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Томские трансмиссионные системы"
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2005-05-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: coupling comprises housing which receives driving and driven shafts provided with face cams at their ends and mounted in radial thrust bearings. The rocking washer is interposed between the face cams and defines rotation pairs together with the cams. The rocking washer is defined by two disks. The flexible metallic diaphragm is interposed between the disks and is connected with the housing over its periphery. The surfaces of the disks which face each other are convex and allow the disks to be in a contact in their central area. The disks are made of a flexible material and inserted between the face cams with preliminary axial pressing of their edges to each other. To transmit the torque, the face cam of one of the shafts is made of a ball which is in a contact with the ring ways on the shaft faces and rocking washer.

EFFECT: expanded functional capabilities and prolonged service life.

5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, к механизмам передачи вращательного движения в герметично разделенные объемы, и может найти применение в компрессорах и насосах для перекачки агрессивных, легковоспламеняющихся, ядовитых веществ, в вакуумной технике, а также в других областях, где необходимо передать вращение из одной полости в другую.The invention relates to mechanical engineering, to mechanisms for transmitting rotational motion into hermetically separated volumes, and can find application in compressors and pumps for pumping aggressive, flammable, toxic substances, in vacuum technology, as well as in other areas where it is necessary to transfer rotation from one cavity to another.

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). Т.к. работа муфты сопровождается нагревом, то она снабжена контуром охлаждения. Такие муфты при высокой надежности герметизирующего экрана и компактности сравнительно дороги, так как используют дорогие магнитные сплавы неодим-железобор и самарий-кобальт, а герметичный разделительный экран выполняется из немагнитных сплавов, в частности титановых. Кроме того, магнитную муфту нельзя применять при перекачке жидкостей, в которых возможны включения магнитных частиц. Работа муфты ненадежна при использовании ее в насосах для перекачки углеводородов, т. к. система охлаждения муфты со временем забивается тяжелыми фракциями.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). Because the operation of the coupling is accompanied by heating, it is equipped with a cooling circuit. Such couplings, with high reliability of the sealing screen and compactness, are relatively expensive, since they use expensive magnetic alloys neodymium-ironboron and samarium-cobalt, and the sealed separation screen is made of non-magnetic alloys, in particular titanium. In addition, the magnetic coupling cannot be used when pumping liquids in which the inclusion of magnetic particles is possible. The operation of the coupling is unreliable when used in pumps for pumping hydrocarbons, because the cooling system of the coupling becomes clogged with heavy fractions over time.

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 через 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, эластичный материал рукава накладывает ограничения на состав разделяемых сред.Known sealed input (patent RU№2057979, IPC F 16 J 15/52) containing installed in separate housings of the drive and driven shafts with eccentrics at the ends. Eccentrics through bearings are interfaced with an intermediate floating element in the form of a cup, the open end of which is connected to the housing by a sealing sleeve of elastic material. The sleeve is reinforced with reinforcement or a spring that unloads the sleeve against torque and pressure. With the simplicity of design, this input has a large mass imbalance, making it impossible to use it when transmitting high rotation speeds. In addition, the flexible material of the sleeve imposes restrictions on the composition of the shared media.

Аналогичный принцип с эксцентриком и плавающей шайбой использован в механизме для передачи вращения в герметичную камеру по патенту US 4885946 и в передаче с вакуумным уплотнением по патенту US №2119955, только в последнем 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 an eccentric and a floating washer is used in the mechanism for transmitting rotation to a sealed chamber according to US Pat. No. 4,885,946 and in a transmission with vacuum seal according to US Pat. No. 2,119,995; only the latter uses three radially arranged corrugated glasses as a barrier element, which allow the washer to its planetary movement. 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 сохранении прочности мембрана выполнена многослойной, с центральным металлическим слоем и наружными слоями из пластиков. Здесь же предложено увеличивать гибкость мембраны, развивая ее поверхность гофрами. 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 while maintaining strength, the membrane is multilayer, with a Central metal layer and the outer layers of plastics. It is also proposed here to increase the flexibility of the membrane by developing its surface with corrugations. However, this complicates the technology of manufacturing membranes and increases their cost.

В качестве прототипа выберем устройство герметичного соединения валов с помощью качающейся шайбы по патенту US 4403521. Устройство содержит корпус из двух соединенных вместе полукорпусов, в каждом из которых в радиальных подшипниках установлены концы ведущего и ведомого валов. На обращенных друг к другу концах валов выполнены торцовые кулачки, в виде наклонных поверхностей. Тыльная сторона каждого кулачка опирается на корпус с помощью упорных подшипников. Упорные подшипники разгружают валы от осевой нагрузки, возникающей при передаче момента вращения от одного торцевого кулачка к другому. Между наклонными поверхностями торцовых кулачков расположена качающаяся шайба, взаимодействующая с ними через упорные подшипники. Шайба выполнена из двух дисков, между которыми закреплена тонкая, гибкая герметизирующая мембрана, выполненная из резины или кожи. Мембрана соединена по периметру с корпусом и разделяет его на две изолированных полости. Вращение ведущего вала торцевым кулачком преобразуется в волну осевой нагрузки, которая передается через качающуюся шайбу на кулачок выходного вала и вызывает его вращение. Качающаяся шайба под действием этой нагрузки вместе с мембраной совершает качающееся движение. Силы трения между качающейся шайбой и упорными подшипниками вызывают возникновение момента вращения, который прикладывается к гибкой мембране. Поскольку мембрана в прототипе выполнена из таких податливых материалов, как резина или кожа, то этот момент вращения будет закручивать мембрану. Поэтому для разгрузки мембраны на периферии качающейся шайбы предусмотрены прорези, зацепляющиеся с соответствующими выступами в корпусе. Для увеличения передаваемого муфтой крутящего момента необходимо увеличивать плечо действующих сил, которым является радиус качающейся шайбы. Это, в свою очередь, приведет к увеличению амплитуды колебаний мембраны и снижению ее срока службы при прочих равных условиях. Работа устройства-прототипа очень критична к износу упорных подшипников. Действительно, появление осевого люфта приведет к фазовому сдвигу наклонных поверхностей торцевых кулачков друг относительно друга, и поверхностный контакт кулачков выродится в точечный, а это начало процесса неконтролируемого разрушения. Муфта - прототип не может передавать момент вращения с изменением скорости, для этого требуются другие, более сложные устройства.As a prototype, we will choose a device for the tight connection of shafts using a swash plate according to US 4403521. The device comprises a housing of two half-bodies connected together, in each of which the ends of the drive and driven shafts are mounted in radial bearings. On the ends of the shafts facing each other, end cams are made in the form of inclined surfaces. The back of each cam rests on the housing with thrust bearings. Thrust bearings unload shafts from axial load arising from the transmission of torque from one end cam to another. A swinging washer is located between the inclined surfaces of the end cams, interacting with them through thrust bearings. The washer is made of two discs, between which a thin, flexible sealing membrane made of rubber or leather is fixed. The membrane is connected along the perimeter with the body and divides it into two isolated cavities. The rotation of the drive shaft by the end cam is converted into an axial load wave, which is transmitted through the swash plate to the cam of the output shaft and causes it to rotate. The swinging washer under the influence of this load together with the membrane makes a swinging movement. Friction forces between the swash plate and thrust bearings cause a torque, which is applied to the flexible membrane. Since the membrane in the prototype is made of pliable materials such as rubber or leather, this moment of rotation will twist the membrane. Therefore, for unloading the membrane, slots are provided on the periphery of the swash plate that engage with corresponding protrusions in the housing. To increase the torque transmitted by the clutch, it is necessary to increase the shoulder of the acting forces, which is the radius of the swash plate. This, in turn, will lead to an increase in the amplitude of oscillations of the membrane and a decrease in its service life, all other things being equal. The operation of the prototype device is very critical to the wear of thrust bearings. Indeed, the appearance of axial play will lead to a phase shift of the inclined surfaces of the end cams relative to each other, and the surface contact of the cams will degenerate into a point contact, and this is the beginning of the process of uncontrolled fracture. Coupling - the prototype cannot transmit the torque with a change in speed, this requires other, more complex devices.

Таким образом, задачей изобретения является разработка простого по конструкции и надежного механизма передачи вращения в герметичный объем, дешевого, работающего с любыми средами и передающего высокие моменты вращения с высоким сроком службы. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в уменьшении амплитуды колебаний гибкой герметизирующей мембраны, что позволяет использовать жесткие плоские металлические мембраны, не требующие дополнительных элементов для их разгрузки от момента вращения. Другим техническим результатом является компенсация осевого люфта качающейся шайбы и повышение срока службы муфты. Еще один технический результат достигается отдельным вариантом изобретения и заключается в возможности передачи момента вращения с саморегулирующимся в зависимости от нагрузки передаточным отношением.Thus, the objective of the invention is to develop a simple in design and reliable mechanism for transferring rotation to a sealed volume, cheap, working with any medium and transmitting high moments of rotation with a high service life. The technical result achieved by the invention is to reduce the oscillation amplitude of the flexible sealing membrane, which allows the use of rigid flat metal membranes that do not require additional elements for their unloading from the moment of rotation. Another technical result is the compensation of the axial play of the swash plate and the increase in the service life of the coupling. Another technical result is achieved by a separate embodiment of the invention and consists in the possibility of transmitting the torque with a self-adjusting gear ratio depending on the load.

Для решения поставленной задачи муфта, как и прототип, содержит корпус, в котором на радиально-упорных подшипниках установлены ведущий и ведомый валы с торцевыми кулачками на концах. Между торцевыми кулачками с образованием с ними вращательных пар расположена качающаяся шайба. Шайба образована двумя дисками, между которыми герметично закреплена гибкая мембрана, герметично же соединенная по периметру с корпусом. В отличие от прототипа, обращенные друг к другу поверхности дисков имеют выпуклую форму, обеспечивающую контакт дисков друг с другом и с закрепленной между ними мембраной только в центральной части, размеры которой определены величиной передаваемого момента. Гибкая мембрана выполнена в виде металлической пластины.To solve this problem, the coupling, like the prototype, contains a housing in which the drive and driven shafts with end cams at the ends are mounted on angular contact bearings. A swinging washer is located between the end cams with the formation of rotational pairs with them. The washer is formed by two disks, between which a flexible membrane is sealed, tightly connected around the perimeter with the body. Unlike the prototype, the surfaces of the disks facing each other have a convex shape, which ensures that the disks contact with each other and with the membrane fixed between them only in the central part, the dimensions of which are determined by the magnitude of the transmitted moment. The flexible membrane is made in the form of a metal plate.

Торцевые кулачки обоих валов могут быть выполнены в виде наклонных поверхностей. В этом случае вращательная пара: диск качающейся шайбы - торцевой кулачок образуется посредством расположенных между ними упорных подшипников.End cams of both shafts can be made in the form of inclined surfaces. In this case, the rotational pair: the disk of the swash plate - the end cam is formed by means of thrust bearings located between them.

Для передачи момента вращения с передаточным отношением торцевой кулачок одного из валов выполнен в виде шарика, контактирующего с кольцевой дорожкой качения, выполненной на торцевой поверхности вала, обращенной к качающейся шайбе. С противоположной стороны шарик контактирует с кольцевой дорожкой качения на поверхности диска качающейся шайбы, посредством чего образуется вращательная пара торцевой кулачок - диск. При этом торцевой кулачок другого вала выполнен в виде наклонной поверхности и связан с качающейся шайбой двухсторонним упорно-радиальным подшипником. Такая муфта обеспечивает передаточное отношение 2/1 или 2/1, в зависимости от того, на каком из валов (входном или выходном) расположен кулачок в виде шарика. Данная конструкция муфты позволяет в небольших пределах менять передаточное отношение в зависимости от величины передаваемой нагрузки. Для этого, в одном случае, стенки дорожки качения на диске качающейся шайбы выполнены упругоподвижными, с возможностью уменьшения угла наклона между ними под давлением шарика. В другом случае упругоподвижной в осевом направлении выполняется внешняя кольцевая часть дорожки качения на торце входного вала.To transmit the torque with a gear ratio, the end cam of one of the shafts is made in the form of a ball in contact with an annular raceway made on the end surface of the shaft facing the swinging washer. On the opposite side, the ball is in contact with the annular raceway on the surface of the disk of the swash plate, whereby a rotational pair of the end cam - disk is formed. In this case, the end cam of the other shaft is made in the form of an inclined surface and is connected to the oscillating washer by a double-sided radial thrust bearing. Such a clutch provides a gear ratio of 2/1 or 2/1, depending on which of the shafts (input or output) is a cam in the form of a ball. This coupling design allows, within small limits, to change the gear ratio depending on the magnitude of the transmitted load. For this, in one case, the walls of the raceway on the disk of the swinging washer are made elastically mobile, with the possibility of decreasing the angle of inclination between them under the pressure of the ball. In another case, elastically movable in the axial direction, the outer annular part of the raceway is performed at the end of the input shaft.

Для того чтобы муфта была менее критична к осевым люфтам, вызванным как неточностью изготовления, так и износом упорных подшипников, диски качающейся шайбы выполнены из упругого материала и вставлены между торцевыми кулачками с предварительным осевым сжатием их краев.In order for the coupling to be less critical to axial backlash caused by both manufacturing inaccuracy and wear of thrust bearings, the discs of the swash plate were made of elastic material and inserted between end cams with preliminary axial compression of their edges.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами на фиг.1-5. На фиг.1-3 представлены продольные разрезы различных конструктивных вариантов муфт, а на фиг.4 и 5 показаны схемы взаимодействия торцевого кулачка - шарика с дорожками качения, обеспечивающие автоматически изменяющееся передаточное отношение при изменении нагрузки на выходном валу.The invention is illustrated in the graphic materials in figures 1-5. Figure 1-3 presents longitudinal sections of various design options for the couplings, and Figures 4 and 5 show the interaction patterns of the end cam - ball with raceways, which provide an automatically changing gear ratio when the load on the output shaft changes.

В самом общем случае муфта представляет собой цилиндрический корпус 1, выполненный из двух половин 2 и 3, соединенных друг с другом с помощью наружных фланцев 6 и 7, стянутых шпильками 8 на фиг.1, или фланцами 4 и 5, как это показано на фиг.2 и 3. В корпусе 1 на упорных подшипниках 9 установлены концы соединяемых валов 10 и 11. На концах валов выполнены торцевые кулачки. На фиг.1 и 2 торцевые кулачки представляют собой наклонные поверхности 12 и 13. Между торцевыми кулачками с образованием с ними вращательной пары расположена качающаяся шайба 14, образованная двумя дисками 15 и 16. Поверхности дисков, обращенные друг к другу, имеют выпуклую форму. Таким образом, диски в поперечном сечении имеют толщину в центре диска большую, чем толщина его у наружного края. Такая форма выполнения дисков обеспечивает их контакт друг с другом только в ограниченной центральной области, диаметр которой обозначен буквой D. В месте контакта между дисками герметично закреплена гибкая мембрана 17 в виде металлического диска. По внешнему периметру мембрана 17 герметично зажата между половинами корпуса 2 и 3. Диаметр D контактной области желательно иметь как можно меньшим, так как тогда окружность герметичного прикрепления мембраны к качающейся шайбе приближается к центру прецессии качающейся шайбы, т.е. к неподвижной точке. Соответственно амплитуда колебаний мембраны будет минимальной. Однако неограниченно уменьшать диаметр D нельзя, так как величина передаваемого момента ограничивается прочностью крепления дисков качающейся шайбы друг с другом. При креплении их с помощью резьбового соединения 18, как это показано на чертежах, размер D определяется размером крепежных элементов, который, в свою очередь, определяется величиной передаваемого момента. Благодаря упорным подшипникам 19 и 20 шайба 14 образует с входным и выходным валами 10 и 11 вращательные пары. Диски 15 и 16 шайбы 14 целесообразно выполнять из упругого материала. При установке шайбы 14 между торцевыми кулачками края дисков предварительно поджимают друг к другу. Предварительный натяг компенсирует износ упорных подшипников или неточности изготовления за счет сил упругости сжатых дисков.In the most general case, the coupling is a cylindrical housing 1 made of two halves 2 and 3, connected to each other by means of outer flanges 6 and 7, tightened by pins 8 in FIG. 1, or by flanges 4 and 5, as shown in FIG. .2 and 3. In the housing 1, on the thrust bearings 9, the ends of the connected shafts 10 and 11 are mounted. The end cams are made at the ends of the shafts. 1 and 2, the end cams are inclined surfaces 12 and 13. Between the end cams with the formation of a rotational pair with them, there is a swinging washer 14 formed by two disks 15 and 16. The surfaces of the disks facing each other have a convex shape. Thus, the disks in cross section have a thickness in the center of the disk greater than its thickness at the outer edge. This form of execution of the disks ensures their contact with each other only in a limited central region, the diameter of which is indicated by the letter D. A flexible membrane 17 in the form of a metal disk is hermetically fixed at the point of contact between the disks. On the outer perimeter, the membrane 17 is tightly sandwiched between the halves of the housing 2 and 3. It is desirable to have the diameter D of the contact area as small as possible, since then the circumference of the tight attachment of the membrane to the swing washer approaches the center of precession of the swing washer, i.e. to a fixed point. Accordingly, the amplitude of membrane vibrations will be minimal. However, it is impossible to reduce the diameter D unlimitedly, since the magnitude of the transmitted moment is limited by the strength of fastening the disks of the swinging washer to each other. When fastening them using a threaded connection 18, as shown in the drawings, the size D is determined by the size of the fasteners, which, in turn, is determined by the magnitude of the transmitted moment. Thanks to the thrust bearings 19 and 20, the washer 14 forms rotational pairs with the input and output shafts 10 and 11. The disks 15 and 16 of the washer 14 are expediently made of an elastic material. When installing the washer 14 between the end cams, the edges of the disks are pre-pressed to each other. The preload compensates for the wear of thrust bearings or manufacturing inaccuracies due to the elastic forces of the compressed disks.

Муфты на фиг.1 и 2 рассчитаны на одинаковый момент, т.к. имеют одинаковый диаметр пятна контакта дисков 15 и 16. Отличаются они лишь тем, что плечом силы в одном случае является диаметр дисков, а в другом, - высота качающейся шайбы, и, соответственно, одна из конструкций плоская, но большего диаметра, а другая имеет меньший диаметр, но большие осевые размеры. Выбор той или иной конструкции определяется размерами свободного установочного пространства.The couplings in figures 1 and 2 are designed for the same moment, because they have the same diameter of the contact spot of the disks 15 and 16. They differ only in that the shoulder of force in one case is the diameter of the disks, and in the other, the height of the swinging washer, and, accordingly, one of the structures is flat, but with a larger diameter, and the other has smaller diameter but large axial dimensions. The choice of a particular design is determined by the size of the free installation space.

Обратимся к муфте, изображенной на фиг.3. Эта муфта предназначена для передачи вращения в герметичный объем с передаточным отношением 2/1 или 1/2. Торцевым кулачком входного вала 10 является шарик 21, движущийся в кольцевых дорожках качения 22 и 23 полукруглого сечения, образованных на обращенных друг к другу поверхностях торца вала 10 и диска 15. Кроме функции торцевого кулачка шарик одновременно обеспечивает образование вращательной пары между торцом входного вала 10 и качающейся шайбой 14. Противоположный торцевой кулачок образован наклонной поверхностью 13 торца выходного вала 11. Образование вращательной пары между качающейся шайбой и торцевым кулачком 13 обеспечивается парой упорных подшипников 24, 25. Один из подшипников, а именно 24, несет полную нагрузку, а другой возвращает качающуюся шайбу в исходное положение, т.е. работает в режиме холостого хода. Такую же функцию может выполнять и один двусторонний упорный подшипник. Передаточное отношение появляется за счет того, что за один оборот входного вала 10 торцевой кулачок - шарик 21 пробежит по неподвижной дорожке 23 на диске 16 только половину окружности. Соответственно, шайба 14 совершит только половину своего прецессионного движения, а выходной вал сделает половину оборота. Если входной и выходной валы поменять местами, то муфта будет служить мультипликатором с передаточным отношением 1/2. Последняя конструкция муфты при небольшой модификации может передавать момент вращения с плавно меняющимся в зависимости от нагрузки передаточным отношением. Для этого стенки 26 и 27 дорожки качения на диске 15 выполняются упругоподвижными с возможностью изменения угла наклона стенок при давлении шарика 21. На фиг.4 такая подвижность обеспечивается кольцевой полостью 28, выполненной в диске 15. На фиг.5 упругоподвижной выполнена внешняя кольцевая часть 29 детали 10 с дорожкой качения 22. Подвижность обеспечивается кольцевой проточкой 30 на противоположной от дорожки качения 22 стороне.We turn to the coupling depicted in figure 3. This clutch is designed to transmit rotation into a sealed volume with a gear ratio of 2/1 or 1/2. The end cam of the input shaft 10 is a ball 21 moving in annular raceways 22 and 23 of a semicircular section formed on the facing surfaces of the end of the shaft 10 and the disk 15. In addition to the function of the end cam, the ball simultaneously provides the formation of a rotational pair between the end of the input shaft 10 and the swinging washer 14. The opposite end cam is formed by the inclined surface 13 of the end of the output shaft 11. The formation of a rotational pair between the swinging washer and the end cam 13 is provided by a pair of thrust bearings 24, 25. One of the bearings, namely 24, carries a full load, and the other returns the swinging washer to its original position, i.e. works in idle mode. The same function can be performed by one double-sided thrust bearing. The gear ratio appears due to the fact that for one revolution of the input shaft 10 the end cam - ball 21 will run along the fixed track 23 on the disk 16 only half the circle. Accordingly, the washer 14 will make only half of its precession movement, and the output shaft will make half a revolution. If the input and output shafts are interchanged, the clutch will serve as a multiplier with a gear ratio of 1/2. The latest design of the coupling with a small modification can transmit torque with a smooth gear ratio, depending on the load. For this, the walls 26 and 27 of the raceway on the disk 15 are made elastically movable with the possibility of changing the angle of inclination of the walls at the pressure of the ball 21. In Fig. 4, such mobility is provided by an annular cavity 28 made in the disk 15. In Fig. 5, the outer annular part 29 is made elastically movable details 10 with a raceway 22. Mobility is provided by an annular groove 30 on the side opposite from the raceway 22.

Работает предлагаемая муфта для передачи вращения в герметичный объем следующим образом. При вращении входного вала 10 качающаяся шайба 14 под действием силы давления со стороны торцевого кулачка 12 начинает прецессировать относительно точки О, которая лежит в плоскости гибкой мембраны 17. Прецессия шайбы торцевым кулачком 13 выходного вала 11 преобразуется в его вращение. Гибкая металлическая мембрана 17, зажатая между дисками 15 и 16 качающейся шайбы 14 колеблется вместе с шайбой 14. Поскольку, в отличие от прототипа, место крепления мембраны к шайбе приближено к неподвижной точке О - центру прецессии шайбы, то амплитуда колебаний мембраны становится меньше. Небольшая амплитуда колебаний мембраны позволяет сделать мембрану металлической, что повышает надежность герметизации. Силы трения в торцевых подшипниках 19, как и в прототипе, в дополнение к прецессии шайбы создают вращательный момент относительно ее оси. Поскольку гибкая мембрана в предлагаемой муфте выполнена в виде металлического диска, то она способна выдерживать достаточно значительные моменты вращения без закручивания. Понятно, что размер D области контакта дисков 15 и 16 друг с другом желательно сделать минимальным. Однако его уменьшение ограничено прочностью соединения дисков 15 и 16 друг с другом, и размер D тем больше, чем выше передаваемый момент вращения. Благодаря посадке шайбы 14 между торцевыми кулачками с предварительным сжатием дисков 15 и 16, при износе упорных подшипников 9, 19 или 20 силовой контакт между торцевыми кулачками и качающейся шайбой будет сохраняться до тех пор, пока износ не превысит величину предварительного сжатияThe proposed clutch operates to transmit rotation into a sealed volume as follows. When the input shaft 10 rotates, the swash plate 14 under the action of pressure from the end cam 12 begins to precess relative to the point О, which lies in the plane of the flexible membrane 17. The precession of the washer by the end cam 13 of the output shaft 11 is converted to its rotation. A flexible metal membrane 17, sandwiched between the disks 15 and 16 of the swinging washer 14, oscillates with the washer 14. Since, unlike the prototype, the place of attachment of the membrane to the washer is close to the fixed point О - the center of the washer precession, the amplitude of the membrane oscillations becomes smaller. A small amplitude of the membrane oscillations allows you to make the membrane metal, which increases the reliability of the seal. The friction forces in the mechanical bearings 19, as in the prototype, in addition to the precession of the washer create a torque about its axis. Since the flexible membrane in the proposed coupling is made in the form of a metal disk, it is able to withstand quite significant moments of rotation without twisting. It is clear that the size D of the contact area of the disks 15 and 16 with each other is desirable to make minimal. However, its reduction is limited by the strength of the connection of the disks 15 and 16 with each other, and the size D is the larger, the higher the transmitted torque. Due to the landing of the washer 14 between the end cams with preliminary compression of the disks 15 and 16, when the thrust bearings 9, 19 or 20 are worn, the force contact between the end cams and the swash plate will remain until the wear exceeds the pre-compression

Работа муфты на фиг.3 отличается от вышеописанной только тем, что при повороте входного вала 10 на один оборот, торцевой кулачок - шарик 21 совершает половину оборота. Соответственно, выходной вал 11 будет вращаться со скоростью в два раза меньшей, чем скорость входного вала. Поясним работу муфты с автоматически изменяющимся передаточным отношением в зависимости от величины нагрузки на выходном валу. Для этого обратимся к фиг.4. Если при качении шарика 21 в дорожках качения на торце входного вала 10 и на диске 15 качающаяся шайба из-за большой нагрузки на выходном валу остается на месте, то шарик продвигается в область меньшего расстояния между торцом вала 10 и диском 15, отгибая упругие стенки 26 и 27 дорожки качения на диске 15. На фиг.4 изменение взаимного расположения диска 15 и шарика 21 показано пунктиром. Величина смещения стенок 26 и 27 зависит от величины нагрузки на выходном валу. Это изменение приведет к изменению эффективного радиуса качения шарика 21 относительно этой дорожки. Обозначим R1 - радиус качения шарика относительно дорожки 22, a R2 и R3 - радиусы качения шарика 21 по дорожке на диске 15 до и после увеличения нагрузки. Если в начале работы передаточное отношение определялось как 2R1/R2, то при увеличенной нагрузке передаточное отношение изменится и станет равным 2R1/R3. При этом R3<R2, то есть отношение увеличится. При уменьшении нагрузки стенки 26 и 27 дорожки качения под действием сил упругости вернут шарик в прежнее положение с уменьшением передаточного отношения. То есть мы получили муфту с автоматически изменяющимся передаточным отношением в зависимости от нагрузки. Аналогичный результат можно получить, если создать условия для изменения радиуса качения шарика 21 относительно дорожки 22, как это показано на фиг.5. Здесь при закатывании шарика в клин между деталями 10 и 15 шарик будет отгибать внешнюю кольцевую часть 29 детали 10. Такой изгиб становится возможным благодаря кольцевой проточке 30. Передаточное отношение до и после повышения нагрузки определяется выражениями R1/R2 и R4/R2, где R1 и R4 радиусы качения шарика 21 относительно дорожки 22 до и после увеличения нагрузки. Как видно из чертежа, R4 больше R1, соответственно и передаточное отношение увеличивается.The operation of the coupling in figure 3 differs from the above only in that when you rotate the input shaft 10 by one revolution, the end cam - ball 21 makes half a revolution. Accordingly, the output shaft 11 will rotate at a speed half that of the input shaft. Let us explain the operation of the clutch with an automatically changing gear ratio depending on the magnitude of the load on the output shaft. To do this, refer to figure 4. If during the rolling of the ball 21 in the raceways at the end of the input shaft 10 and on the disk 15, the swinging washer remains in place due to the heavy load on the output shaft, then the ball moves to a smaller distance between the end of the shaft 10 and the disk 15, bending the elastic walls 26 and 27 raceways on the disk 15. In Fig.4, a change in the relative position of the disk 15 and the ball 21 is shown by a dotted line. The magnitude of the displacement of the walls 26 and 27 depends on the magnitude of the load on the output shaft. This change will lead to a change in the effective rolling radius of the ball 21 relative to this track. Let R1 be the rolling radius of the ball relative to track 22, and R2 and R3 are the rolling radii of the ball 21 along the track on disk 15 before and after increasing the load. If at the beginning of operation the gear ratio was defined as 2R1 / R2, then with an increased load, the gear ratio will change and become equal to 2R1 / R3. In this case, R3 <R2, that is, the ratio will increase. When the load of the walls 26 and 27 of the raceway is reduced under the action of elastic forces, the ball will be returned to its previous position with a decrease in the gear ratio. That is, we got a clutch with an automatically changing gear ratio depending on the load. A similar result can be obtained if conditions are created for changing the rolling radius of the ball 21 relative to track 22, as shown in FIG. Here, when rolling the ball into the wedge between parts 10 and 15, the ball will bend the outer annular part 29 of the part 10. This bending is possible due to the annular groove 30. The gear ratio before and after increasing the load is determined by the expressions R1 / R2 and R4 / R2, where R1 and R4 are the rolling radii of the ball 21 relative to track 22 before and after increasing the load. As can be seen from the drawing, R4 is greater than R1, respectively, and the gear ratio increases.

Таким образом, предлагаемая муфта при упрощении конструкции и уменьшении потерь на трение расширяет свои функциональные возможности за счет передачи момента вращения в герметичный объем с передаточным отношением. Муфта имеет повышенный ресурс работы.Thus, the proposed clutch, while simplifying the design and reducing friction losses, expands its functionality by transmitting torque to a sealed volume with a gear ratio. The coupling has an increased service life.

Claims

1. A coupling for transmitting rotation into a sealed volume, comprising a housing in which driving and driven shafts are installed on the angular contact bearings with end cams at the ends, between which, with the formation of rotational pairs, a swash plate is formed, formed by two disks, between which are hermetically sealed a flexible membrane is fixed, hermetically connected to the casing, characterized in that the surfaces of the disks facing each other have a convex shape that provides contact of the disks with each other and with the disks fixed between them the membrane only in the central part, the dimensions of which are determined by the magnitude of the transmitted moment, and the flexible membrane is made in the form of a metal plate.

2. The coupling according to claim 1, characterized in that the end cams of both shafts are made in the form of inclined surfaces.

3. The coupling according to claim 1, characterized in that the end cam of one of the shafts is made in the form of a ball located between the annular raceways made on the end surfaces of the shaft and the swash plate facing each other, and the end cam of the other shaft is made in the form of an inclined surface and is connected with a swinging washer by a double-sided radial thrust bearing.

4. The coupling according to claim 3, characterized in that the walls of the raceway on the disk of the swinging washer are made elastically movable with the possibility of decreasing the angle of inclination between them with increasing load.

5. The coupling according to claim 3, characterized in that the outer annular part of the raceway at the end of the input shaft is made elastically movable in the axial direction.

6. The coupling according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the disks of the swinging washer are made of elastic material and inserted between the end cams with preliminary axial compression of their edges.