RU2310778C2

RU2310778C2 - Hydrostatic coupling

Info

Publication number: RU2310778C2
Application number: RU2005131100/11A
Authority: RU
Inventors: Марина Борисовна Бородина (RU); Марина Борисовна Бородина; Константин Алексеевич Булавин (RU); Константин Алексеевич Булавин; В чеслав Борисович Крахт (RU); Вячеслав Борисович Крахт; Алексей Георгиевич Сопилкин (RU); Алексей Георгиевич Сопилкин; Борис Андреевич Шевченко (RU); Борис Андреевич Шевченко
Original assignee: ООО "СОПИН-Сервис"
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2007-11-20
Also published as: RU2005131100A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to devices for transmission of rotation and it can be used in drives of heavy loaded processing equipment. Proposed hydrostatic safety flexibly damping coupling contains two coupling members mechanically intercoupled by transfer device and hydraulic cylinder. Hydraulic cylinder is connected with damper and hydraulic accumulator through controllable hydraulic distributor with system of control according to torque on coupling. Inputs and outputs of hydraulic distributor are made for alternate connection of hydraulic cylinder with damper and hydraulic accumulator. Transfer device is made in form of screw-nut mechanism and splined bushing. Screw is secured on one coupling member and is coupled with nut and hydraulic cylinder, and splined bushing is secured on other coupling member, being coupled with nut by splined joint. Said mechanism is provided with non-self-braking thread.

EFFECT: provision of larger angle of relative turning of coupling members; improved of damping properties of coupling, reduced contact stresses in parts of transfer device; improved reliability and increased service life of coupling.

9 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным упруго-демпфирующим муфтам для передачи вращения, и может быть использовано в приводах тяжелонагруженного технологического оборудования.The invention relates to mechanical engineering, in particular to safety elastic-damping couplings for transmitting rotation, and can be used in drives of heavily loaded technological equipment.

Известна гидростатическая муфта (а.с. СССР, №994828, F16D 3/52, 1983 г.), содержащая две полумуфты с выступами на обращенных друг к другу поверхностях, соединенные посредством расположенных между ними двух групп гидроцилиндров с ползунами и демпферами, причем выступы полумуфт расположены концентрично, а полости гидроцилиндров соединены между собой через предохранительный клапан и через запорные вентили со сливом.Known hydrostatic coupling (AS USSR, No. 994828, F16D 3/52, 1983), containing two coupling halves with protrusions on facing each other surfaces, connected by means of two groups of hydraulic cylinders between them with sliders and dampers, the protrusions the coupling halves are arranged concentrically, and the hydraulic cylinder cavities are interconnected via a safety valve and through shut-off valves with a drain.

К основному недостатку этой муфты можно отнести сложность и трудоемкость ее восстановления после выключения (срабатывания).The main disadvantage of this coupling can be attributed to the complexity and complexity of its recovery after shutdown (operation).

За прототип выбрана гидростатическая муфта (по патенту РФ №2186270, фиг.10), содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством пространственного кулачкового механизма и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель, с системой управления по моменту на муфте.A hydrostatic coupling (according to RF patent No. 2186270, figure 10) was selected as the prototype. It contains two coupling halves kinematically connected by means of a spatial cam mechanism and a hydraulic cylinder, the piston cavity of which is hydraulically connected to the damper and the hydraulic accumulator via a controlled valve, with a torque control system on the coupling .

Эта муфта обладает возможностью автоматического (или по команде оператора) восстановления после срабатывания и имеет более высокие эксплуатационные качества.This clutch has the ability to automatically (or at the command of the operator) recover after tripping and has higher performance.

К недостаткам прототипа можно отнести ограниченный угол относительного вращения полумуфт при демпфировании колебаний нагрузки (теоретически менее 360°), высокие контактные напряжения между выступами (толкателем) и рабочей поверхностью профиля кулачка из-за ограниченной площади контакта, а следовательно, значительные размеры кулачкового механизма, низкая надежность и долговечность муфты.The disadvantages of the prototype include the limited relative angle of rotation of the coupling halves when damping load fluctuations (theoretically less than 360 °), high contact stresses between the protrusions (pusher) and the working surface of the cam profile due to the limited contact area, and therefore, the significant size of the cam mechanism, low Reliability and durability of the coupling.

Целью изобретения является увеличение угла относительного закручивания полумуфт, и повышение надежности и долговечности работы муфты.The aim of the invention is to increase the angle of relative twisting of the coupling halves, and increase the reliability and durability of the coupling.

Указанная цель достигается тем, что в гидростатической муфте, содержащей две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра, который гидравлически соединен с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором, согласно изобретению передаточное устройство выполнено в виде механизма винт-гайка.This goal is achieved by the fact that in a hydrostatic coupling containing two coupling halves, kinematically connected by means of a transmission device and a hydraulic cylinder, which is hydraulically connected to the damper and the hydraulic accumulator through a controlled valve with a torque control system on the coupling, the inputs and outputs of the valve being made with the possibility of alternating communication a hydraulic cylinder with a damper and a hydraulic accumulator, according to the invention, the transmission device is made in the form of a screw-nut mechanism.

Выполнение передаточного устройства в виде передачи винт-гайка позволяет увеличить угол относительного закручивания полумуфт на величину более 360°, так как угол относительного закручивания полумуфт будет зависеть только от длины и шага резьбы. Кроме того, это позволит повысить надежность и долговечность работы муфты по сравнению с прототипом за счет того, что площадь контакта витков резьбы винта и гайки намного больше, чем площадь контакта между выступами (толкателем) и рабочей поверхностью профиля кулачка, а следовательно, контактные напряжения в этой кинематической паре во много раз меньше.The transmission device in the form of a screw-nut transmission allows you to increase the relative twist angle of the coupling halves by more than 360 °, since the relative twist angle of the coupling halves will depend only on the length and pitch of the thread. In addition, this will improve the reliability and durability of the coupling compared to the prototype due to the fact that the contact area of the threads of the screw and nut is much larger than the contact area between the protrusions (pusher) and the working surface of the cam profile, and therefore, contact stresses in This kinematic pair is many times smaller.

Только выполнение передаточного устройства в виде передачи винт-гайка позволяет исключить недостатки прототипа, значительно увеличить угол относительного вращения полумуфт, что улучшит демпфирующие способности ее, и значительно снизить контактные напряжения, что повысит надежность и долговечность работы муфты.Only the implementation of the transmission device in the form of a screw-nut transmission allows to eliminate the disadvantages of the prototype, significantly increase the angle of relative rotation of the coupling halves, which will improve its damping capabilities, and significantly reduce contact stresses, which will increase the reliability and durability of the coupling.

Кроме того, согласно изобретению резьба передачи винт-гайка выполнена несамотормозящейся.In addition, according to the invention, the screw-nut transmission thread is non-self-locking.

Такое техническое решение позволяет осуществлять демпфирование колебаний нагрузки. При увеличении нагрузки одна полумуфта поворачивается относительно другой, гидроцилиндр сжимается, а при снижении нагрузки гидроцилиндр разжимается, и, так как резьба передаточного устройства несамотормозящаяся, полумуфты возвращаются в исходное положение. При сжатии и разжатии гидроцилиндра за счет гидравлических сопротивлений в гидролиниях происходит демпфирование колебаний рабочей нагрузки.Such a technical solution allows damping of load fluctuations. When the load increases, one half-coupling rotates relative to the other, the hydraulic cylinder compresses, and when the load decreases, the hydraulic cylinder opens, and, since the thread of the transmission device is non-self-braking, the half-couplings return to their original position. During compression and decompression of the hydraulic cylinder due to hydraulic resistance in the hydraulic lines, damping of the working load oscillations occurs.

Кроме того, согласно изобретению, винт и гайка передачи винт-гайка могут быть выполнены полыми, а гидроцилиндр, демпфер и гидроаккумулятор установлены в полостях винта и гайки. При этом винт и гайка связаны с первой и второй полумуфтами соответственно.In addition, according to the invention, the screw and nut of the screw-nut transmission can be made hollow, and the hydraulic cylinder, damper and accumulator are installed in the cavities of the screw and nut. In this case, the screw and nut are connected with the first and second coupling halves, respectively.

Такое техническое решение позволяет уменьшить габаритные размеры муфты за счет использования пространства внутри механизма винт-гайка.This technical solution allows to reduce the overall dimensions of the coupling due to the use of space inside the screw-nut mechanism.

Еще больше можно упростить конструкцию муфты и уменьшить ее радиальные габаритные размеры, если винт будет выполнен в виде корпуса гидроцилиндра и связан с первой полумуфтой, гайка связана со второй полумуфтой, а демпфер и гидроаккумулятор установлены в поршне и в корпусе гидроцилиндра.It is possible to simplify the design of the coupling even more and reduce its radial overall dimensions if the screw is made in the form of a hydraulic cylinder body and connected to the first coupling half, the nut is connected to the second coupling half, and the damper and hydraulic accumulator are installed in the piston and in the hydraulic cylinder case.

Обеспечить передачу момента с первой полумуфты на вторую при помощи минимального числа элементов, тем самым максимально упростить и удешевить конструкцию муфты можно, если винт передачи винт-гайка будет выполнен в виде поршня гидроцилиндра, а гайка - в виде корпуса гидроцилиндра, причем корпус гидроцилиндра установлен с возможностью осевого перемещения на первой полумуфте, а поршень гидроцилиндра связан со второй полумуфтой.The moment can be transferred from the first coupling half to the second using the minimum number of elements, thereby simplifying and reducing the cost of the coupling design as much as possible if the screw-nut transmission screw is made in the form of a hydraulic cylinder piston, and the nut is in the form of a hydraulic cylinder body, and the hydraulic cylinder case is installed with the possibility of axial movement on the first coupling half, and the piston of the hydraulic cylinder is connected with the second coupling half.

В частности, для получения конструкции с минимальными габаритами путем полного использования пространства внутри гидроцилиндра поршень гидроцилиндра может быть выполнен полым, а внутри поршня установлены демпфер и гидроаккумулятор.In particular, to obtain a design with a minimum size by making full use of the space inside the hydraulic cylinder, the piston of the hydraulic cylinder can be hollow, and a damper and a hydraulic accumulator are installed inside the piston.

Управляемый гидрораспределитель для упрощения конструкции может быть выполнен в виде системы золотников между гидравлическими полостями гидроцилиндра, демпфера и гидроаккумулятора, причем в промежуточных положениях золотники между полостями гидроцилиндра и демпфера открыты, а между полостями гидроцилиндра и гидроаккумулятора закрыты.To simplify the design, a controlled hydrodistributor can be made in the form of a spool system between the hydraulic cavities of the hydraulic cylinder, damper and hydraulic accumulator, and in intermediate positions the spools between the hydraulic cylinder and damper cavities are open, and closed between the hydraulic cylinder and hydraulic accumulator cavities.

Для увеличения степени демпфирования колебаний рабочей нагрузки золотники между полостями гидроцилиндра и демпфера могут быть выполнены дросселирующими, причем степень дросселирования можно регулировать.To increase the degree of damping of fluctuations in the working load, the spools between the cavities of the hydraulic cylinder and the damper can be throttled, and the degree of throttling can be adjusted.

Для исключения гидроударов в гидросистеме муфты при ударных изменениях нагрузки между гидравлическими полостями гидроцилиндра и демпфера можно установить предохранительный клапан.To exclude water hammer in the hydraulic system of the coupling during shock changes in the load, a safety valve can be installed between the hydraulic cavities of the hydraulic cylinder and the damper.

На фиг.1 изображена гидростатическая муфта с передаточным устройством в виде механизма винт-гайка; на фиг.2 - золотниковый узел I на фиг.1; на фиг.3 - золотниковый узел II на фиг.1; на фиг.4 - вариант гидростатической муфты с винтом, выполненным в виде корпуса гидроцилиндра, а демпфер и гидроаккумулятор установлены в поршне и в корпусе гидроцилиндра; на фиг.5 - вариант гидростатической муфты с винтом и гайкой, выполненными в виде поршня и корпуса гидроцилиндра; на фиг.6 - золотниковый узел I на фиг.5 с регулируемым дросселем; на фиг.7 - золотниковый узел II на фиг.5 с обратным клапаном; на фиг.8 - предохранительный клапан III на фиг.5; на фиг.9 - упрощенная схема гидросистемы муфты.Figure 1 shows a hydrostatic coupling with a transmission device in the form of a screw-nut mechanism; figure 2 - spool unit I in figure 1; figure 3 - spool unit II in figure 1; figure 4 is a variant of a hydrostatic coupling with a screw made in the form of a cylinder body, and a damper and a hydraulic accumulator are installed in the piston and in the cylinder body; figure 5 is a variant of a hydrostatic coupling with a screw and a nut, made in the form of a piston and a cylinder body; in Fig.6 - spool unit I in Fig.5 with an adjustable throttle; Fig.7 - spool unit II in Fig.5 with a check valve; in Fig.8 - safety valve III in Fig.5; figure 9 is a simplified diagram of the hydraulic system of the coupling.

Гидростатическая муфта (фиг.1) состоит из полумуфт 1 и 2, которые кинематически связаны между собой посредством механизма винт-гайка. Винт 3 жестко связан с полумуфтой 1, а гайка 4, связана посредством шлицевого соединения 5 с втулкой 6. Втулка 6, в свою очередь, жестко связана с полумуфтой 2. Внутри полого винта 3 установлен гидроцилиндр 7, поршень (плунжер) 8 которого упирается в торец винта 3 через упорный подшипник 9. Внутри полого поршня 8 расположен демпфер 10, выполненный, например, в виде поршневого пневмогидроаккумулятора, который гидравлически связан с полостью гидроцилиндра через золотники 11. Гидроаккумулятор 12 с эластичным разделителем закреплен на торце гайки 4 и связан с гидроцилиндром 7 через золотник 13 и обратный клапан 14. Обратный клапан 14 обеспечивает компенсацию утечек в гидроцилиндре из гидроаккумулятора при резком снижении нагрузки на полумуфтах. При необходимости увеличения степени демпфирования золотниковый распределитель 11 может быть совмещен с регулируемым дросселем 15 (фиг.6).The hydrostatic coupling (Fig. 1) consists of coupling halves 1 and 2, which are kinematically connected to each other by means of a screw-nut mechanism. The screw 3 is rigidly connected to the coupling half 1, and the nut 4 is connected by means of a spline connection 5 with the sleeve 6. The sleeve 6, in turn, is rigidly connected to the coupling half 2. Inside the hollow screw 3, the hydraulic cylinder 7 is installed, the piston (plunger) 8 of which abuts against the end face of the screw 3 through the thrust bearing 9. Inside the hollow piston 8 is a damper 10, made, for example, in the form of a piston pneumatic accumulator, which is hydraulically connected to the cavity of the hydraulic cylinder through the spools 11. The hydraulic accumulator 12 with an elastic separator is mounted on the end of the nut 4 and communicates n with a hydraulic cylinder 7 through a spool 13 and a non-return valve 14. The non-return valve 14 provides compensation for leaks in the hydraulic cylinder from the hydraulic accumulator with a sharp decrease in the load on the coupling halves. If necessary, to increase the degree of damping, the spool valve 11 can be combined with an adjustable throttle 15 (Fig.6).

Муфта работает следующим образом. В рабочем состоянии золотники 11 и 13 (фиг.1) находятся в положении, как показано на фиг.2 и 3, т.е золотник 11 открыт, а золотник 13 закрыт, что обеспечивает гидравлическую связь полости гидроцилиндра 7 с демпфером 10 (см. также фиг.9). При возрастании момента на муфте полумуфты 1 и 2 относительно проворачиваются, соответственно поворачиваются винт 3 в гайке 4. При этом гайка 4 перемещается по шлицам 5 влево (на фиг.1) и сжимает гидроцилиндр 7. Давление в полости гидроцилиндра 7 повышается, и часть рабочей жидкости перетекает в гидродемпфер 10, сжимая в нем газ, до тех пор, пока не установится равновесное состояние. При этом из-за гидравлических сопротивлений в золотнике 11 происходит рассеивание части энергии и затухание колебательного процесса. Из гидроаккумулятора 12 через обратный клапан 14 происходит компенсация утечек рабочей жидкости из гидросистемы при отсутствии нагрузки на привод (например, при остановке или холостом ходе механизма).The coupling operates as follows. In working condition, the spools 11 and 13 (Fig. 1) are in the position as shown in Figs. 2 and 3, i.e., the spool 11 is open and the spool 13 is closed, which provides hydraulic connection of the cavity of the hydraulic cylinder 7 with the damper 10 (see also Fig.9). With increasing moment on the coupling, the coupling halves 1 and 2 are relatively rotated, respectively, the screw 3 in the nut 4 is rotated. In this case, the nut 4 moves along the slots 5 to the left (in Fig. 1) and compresses the hydraulic cylinder 7. The pressure in the cavity of the hydraulic cylinder 7 rises, and part of the working liquid flows into the hydraulic damper 10, compressing the gas in it, until an equilibrium state is established. Moreover, due to hydraulic resistance in the spool 11, part of the energy is dissipated and the oscillation process attenuates. From the accumulator 12 through the check valve 14, the leakage of the working fluid from the hydraulic system is compensated for when there is no load on the drive (for example, when the mechanism stops or idles).

Если момент на муфте превышает допустимый, то гайка 4 смещается в левое (на фиг.1) положение и сжимает гидроцилиндр 7. При этом золотники 11 и 13 переключаются, и демпфер 10 отсекается от полости гидроцилиндра, а гидроаккумулятор 12 (рабочее давление в котором в этот момент значительно ниже, чем в полости гидроцилиндра) соединяется с полостью гидроцилиндра, и остатки рабочей жидкости перетекают туда, вызывая быстрое осевое смещение гайки 4 относительно шлицевой втулки 6. Шлицы на гайке 4 выходят из зацепления со шлицами на втулке 6, что обеспечивает размыкание полумуфт 1 и 2.If the torque on the coupling exceeds the permissible, then the nut 4 is shifted to the left (in Fig. 1) position and compresses the hydraulic cylinder 7. At the same time, the spools 11 and 13 are switched, and the damper 10 is cut off from the cavity of the hydraulic cylinder, and the hydraulic accumulator 12 (in which working pressure this moment is much lower than in the cavity of the hydraulic cylinder) is connected to the cavity of the hydraulic cylinder, and the remains of the working fluid flow there, causing a quick axial displacement of the nut 4 relative to the spline sleeve 6. The slots on the nut 4 disengage from the slots on the sleeve 6, which ensures opening of coupling halves 1 and 2.

После отключения привода корпус гидроцилиндра 4 смещается вправо под действием давления жидкости в гидроаккумуляторе 12, золотники 11 и 13 занимают исходное положение, жидкость из гидродемпфера перетекает в полость гидроцилиндра, он разжимается, замыкается шлицевое соединение 5 и полумуфты 1 и 2 занимают исходное положение. Муфта, таким образом, автоматически приходит в исходное состояние, то есть самовосстанавливается.After turning off the drive, the hydraulic cylinder housing 4 is shifted to the right under the action of the fluid pressure in the hydraulic accumulator 12, the spools 11 and 13 occupy the initial position, the fluid from the hydraulic damper flows into the hydraulic cylinder cavity, it is unclenched, the spline connection 5 closes, and the coupling halves 1 and 2 occupy the initial position. The coupling, thus, automatically returns to its original state, that is, it self-restores.

Функцию управления золотниками по моменту на муфте 17 (фиг.9) выполняет относительное смещение поршня и корпуса гидроцилиндра, которое пропорционально моменту.The control function of the spools by the moment on the clutch 17 (Fig.9) performs the relative displacement of the piston and the cylinder body, which is proportional to the moment.

Вариант гидростатической муфты на фиг.4 отличается от вышеописанного тем, что винт 3 механизма винт-гайка выполнен в виде корпуса гидроцилиндра и в нем же установлен гидроаккумулятор 12, а демпфер 10 размещен в поршне гидроцилиндра. Остальные элементы и работа этой муфты аналогична вышеописанной на фиг.1.The embodiment of the hydrostatic coupling in Fig. 4 differs from the above in that the screw 3 of the screw-nut mechanism is made in the form of a hydraulic cylinder body and a hydraulic accumulator 12 is installed in it, and the damper 10 is located in the piston of the hydraulic cylinder. The remaining elements and the operation of this coupling is similar to that described in figure 1.

Вариант гидростатической муфты на фиг.5 отличается от вышеописанного на фиг.1 тем, что винт 3 выполнен в виде поршня гидроцилиндра, гайка - в виде корпуса гидроцилиндра, а демпфер 10 и гидроаккумулятор 12 установлены внутри поршня 3.The embodiment of the hydrostatic coupling in FIG. 5 differs from that described in FIG. 1 in that the screw 3 is made in the form of a hydraulic cylinder piston, the nut is in the form of a hydraulic cylinder body, and the damper 10 and the hydraulic accumulator 12 are installed inside the piston 3.

Для исключения гидроударов в гидросистеме муфты при ударных изменениях нагрузки между гидравлическими полостями гидроцилиндра и демпфера можно установить предохранительный клапан 16 (фиг.5 и 8).To exclude water hammer in the hydraulic system of the coupling during shock changes in the load between the hydraulic cavities of the hydraulic cylinder and the damper, you can install a safety valve 16 (Fig.5 and 8).

Остальные элементы и работа этой муфты аналогичны вышеописанной на фиг.1.The remaining elements and the operation of this coupling are similar to those described in figure 1.

Золотники 11 на фиг.1, 4 и 5 могут быть выполнены с дросселями 15 (фиг.6), которые, в свою очередь могут быть выполнены регулируемыми. Это позволит регулировать время затухания колебательных процессов при упругом демпфировании колебаний внешней нагрузки.The spools 11 in figures 1, 4 and 5 can be made with chokes 15 (6), which, in turn, can be made adjustable. This will allow you to adjust the decay time of the oscillatory processes during elastic damping of external load oscillations.

Золотник 13 может иметь в своей конструкции обратный клапан 14, как показано схематично на фиг.7.The spool 13 may have in its design a check valve 14, as shown schematically in Fig.7.

Claims

1. A hydrostatic coupling containing two coupling halves, kinematically connected by means of a transmission device and a hydraulic cylinder, which is hydraulically connected to the damper and the hydraulic accumulator through a controlled valve with a torque control system on the coupling, the inputs and outputs of the valve being made with the possibility of alternating communication between the hydraulic cylinder and the damper and hydraulic accumulator characterized in that the transmission device is made in the form of a screw-nut mechanism and a spline sleeve, the screw is fixed to one coupling half and connected with the nut and the cylinder, slotted sleeve fixed to the other coupling half and is connected by a spline nut, the thread screw-nut mechanism is made nesamotormozyascheysya.

2. The coupling according to claim 1, characterized in that the screw and nut are made hollow, and the hydraulic cylinder, damper and accumulator are installed inside the screw and nut.

3. The coupling according to claim 2, characterized in that the screw is made in the form of a hydraulic cylinder body, and the damper and hydraulic accumulator are installed in the piston and in the hydraulic cylinder body.

4. The clutch according to claim 2, characterized in that the screw is made in the form of a hydraulic cylinder piston, and the nut is in the form of a hydraulic cylinder body, the hydraulic cylinder body being mounted with the possibility of axial movement on the first coupling half, and the hydraulic cylinder piston is connected with the second coupling half.

5. The clutch according to claim 2, characterized in that the piston of the hydraulic cylinder is hollow, and a damper and a hydraulic accumulator are installed inside the piston.

6. The coupling according to claim 1, characterized in that the controlled valve is made in the form of a spool system between the hydraulic cavities of the hydraulic cylinder, damper and hydraulic accumulator, and in intermediate positions the spools between the hydraulic cylinder and damper cavities are open, and closed between the hydraulic cylinder and hydraulic accumulator cavities.

7. The clutch according to claim 6, characterized in that the spools are throttling.

8. The clutch according to claim 7, characterized in that the degree of throttling of the spools can be adjusted.

9. The coupling according to claim 1, characterized in that a safety valve is installed between the hydraulic cavities of the hydraulic cylinder and the damper.