UA46902C2 - Пружна муфта - Google Patents

Abstract

Винахід може бути застосований у галузі загального машинобудування, зокрема - для з’єднання валів двигунів і привідних механізмів, працюючих при значних кутових і осьових зміщеннях з'єднаних валів. Пружна муфта включає розташовані між фланцями принаймні два пакети кільцевих мембран з отворами, розміщеними на одному радіусі. Кожний пакет кільцевих мембран закріплений на фланцях по черзі в напрямі по колу за допомогою пальців. Пакети кільцевих мембран установлені з зазором відносно один одного і кожний з них закріплений на фланцях окремо власними пальцями. Пальці кожного наступного пакета мембран зміщені в напрямі по колу відносно пальців попереднього пакета на кут, який менший центрального кута між двома суміжними пальцями одного пакета мембран. Досягається зниження величин напруг від деформацій в кільцевих мембранах при однакових компенсуючих здатностях муфти, а при однакових величинах напруг від деформацій-підвищення компенсуючих здатностей даної муфти.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема до пристроїв для з'єднання валів двигунів і 2 приводних механізмів, працюючих при значних радіальних (для здвоєного варіанта муфти), кутових і осьових зміщеннях або таких же коливань з'єднуваних валів, характерних, зокрема, при їх тепловому розцентруванні і (або) в випадку осьової електромагнітної нестабільності роторів приводних електродвигунів.

Для з'єднання валів двигунів і приводних механізмів, де вали підвладні значним по величині осьовим коливанням або зсуванням, наприклад, тепловим розцентруванням, застосовуються пружні дворядні муфти. Такі 70 муфти включають розміщені між фланцями два пакети кільцевих мембран, розділених проміжною проставкою.

При цьому пакети кільцевих мембран з проміжною проставкою можуть розміщуватися як між фланцями двох напівмуфт, так і між фланцями однієї з напівмуфти і проміжного валу, тобто у варіанті конструкції здвоєної муфти. Кільцеві мембрани і проміжна проставка мають отвори, розміщені на колі одного радіуса. В цих отворах пакетів кільцевих мембран і проміжної проставки установлені пальці (болти) для їх кріплення до фланців, що 72 здійснюється таким чином. Установлені в отворах пакетів мембран і проставки пальці, шляхом їх чергування в напрямі по колу, скріплюють по черзі, то пакети кільцевих мембран через проміжну проставку між собою, то кожний пакет кільцевих мембран з суміжним фланцем (див. "Меїазігеат. Ріехіріе. Рожег ігапзтівзвіоп сиріїпав", проспект фірми "Ріехірох Ітіеа" Великобританія, Манчестер, 1964 рік, стор. 14).

При такій конструкції муфти, насамперед за рахунок кріплення пакетів кільцевих мембран викладеним чином, характерна робота їх у послідовному режимі. Це означає, що кожний з пакетів кільцевих мембран має повноцінну товщину і передає номінальний крутильний момент для муфти в цілому. По цій причині підвищення компенсуючої здатності даної муфти досягається лише простим механічним додаванням двох однотипних (однорядних) муфт, перетворюючи їх у дворядну конструкцію. Таким чином, маючи у порівнянні з однорядними муфтами більш високі компенсуючі можливості, в аналізованій конструкції залишаються незмінно високими с осьова жорсткість і реактивний момент від кутових зміщень валів. Це негативно впливає на підшипниковіопориі (3 динамічний стан з'єднаних валів.

Поряд з цим компенсуючі здатності аналізованої конструкції муфти в багатьох випадках виявляються недостатніми. Наприклад, коли крутильний момент передається через муфту від двигуна, в якому ротор не має упорних підшипників і утримується по осі електромагнітним полем, наприклад, електродвигуни для привода с потужних магістральних нафтових насосів. На визначених режимах роботи в електродвигунах такого типу «З проявляється осьова електромагнітна нестабільність ротора, яка перевищує по величині компенсуючі можливості такої муфти. Подібне положення діл складається і при теплових розцентровках з'єднуваних валів. о

За прототип прийнята наступна здвоєна конструкція пружної дворядної муфти. Вона містить дві напівмуфти і Ге) проміжний вал, між рланцями яких розташовано по два пакети кільцевих мембран з отворами, розміщеними на колі одного радіуса. Кожна пара пакетів кільцевих мембран, розташованих між двома відповідними фланцями, З розділені проміжним фланцем. При цьому пакети кільцевих мембран за допомогою елементів кріплення, що являють собою болти (пальці) з гайками і розташованих в отворах пакетів кільцевих мембран і фланців, закріплені таким чином. Внутрішні пакети (з першоджерела - основні) Через опуклі шайби з запобіжними « втулками закріплені по черзі в напрямі по колу на фланці проміжного валу і на проміжному фланці. Зовнішні З 740 пакети (з першоджерела -додаткові) Через опуклі шайби з запобіжними втулками, а також через проміжний с фланець закріплені по черзі в напрямі по колу на фланці відповідної напівмуфти і на суміжному з ним

Із» внутрішньому пакеті кільцевих мембран. Крім того, внутрішні пакети кільцевих мембран зафіксовані від осьових зміщень гнучким валиком, який закріплений своїми кінцями на проміжних фланцях. А зовнішні пакети кільцевих мембран зафіксовані від кутових зміщень центруючою втулкою, яка закріплена на додатковій циліндричній поверхні пальців, скріплюючих суміжні пакети кільцевих мембран поміж собою. Муфта має і цілий ряд других е конструктивних елементів, призначених забезпечувати розділення сприймання кутових і осьових зміщень

Ге») з'єднуваних валів поміж суміжними пакетами кільцевих мембран (див. Опис до патенту України на корисну модель Мо 87, клас Е16ДЗ/78, пріоритет від 25.04.95 р.). о У порівнянні з раніше описаною конструкцією пружної дворядної муфти, конструкція прототипу має більш о 20 високу компенсуючу здатність. Проте і в цьому випадку пакети кільцевих мембран працюють в послідовному режимі і мають із-за цього також повноцінну товщину, необхідну для передачі номінального крутильного моменту із для муфти в цілому. Отже, для неї також характерні високі осьова жорсткість і реактивний момент від кутових зміщень з'єднуваних валів. Крім того, використовуваний в описаній конструкції принцип кріплення двох пакетів кільцевих мембран, по черзі з двома фланцями і поміж собою через проміжну деталь, тягне за собою 22 необхідність виконання в кільцевих мембранах шести отворів під пальці. Наслідком цього є той факт, що робочі

ГФ) напруги від деформацій розподіляються на досить короткій згинній (деформованій) ділянці мембрани, розташованій поміж двома суміжними отворами. Розділення ж функцій по компенсуванню кутових і осьових о зміщень з'єднуваних муфтою валів між двома пакетами кільцевих мембран і забезпечення при цьому компенсування осьового і кутового зміщень з'єднуваних валів в сумісній роботі двох пакетів трохи знизило 60 величини напруг від деформацій в кільцевих мембранах. Однак незначне зниження величини напруг від деформацій кільцевих мембран досягнуто за рахунок далеко не рівноцінного ускладнення конструкції. Додатково введені конструктивні елементи у вигляді проміжних втулок і дисків, центрувальних кілець і втулок, розпірних кілець і притисних гайок, а також гнучких валиків, утворюючи багаточислені рухомі з'єднання, значно знизили надійність роботи муфти. бо В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення відомої конструкції пружної муфти шляхом зміни взаємного розташування пакетів кільцевих мембран і способів їх кріплення до фланців, що забезпечує зниження величин напруг від деформацій в кільцевих мембранах при однаковій з прототипом компенсуючій здатності муфти або при збереженні однакових величин напруг від деформацій в кільцевих мембранах - більш високі компенсуючі здатності муфти.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомій конструкції пружної муфти, яка включає розташовані між фланцями принаймні два пакети кільцевих мембран з отворами, розміщеними на одному радіусі, причому кожний пакет кільцевих мембран закріплений на фланцях по черзі в напрямі по колу за допомогою пальців, установлених в отворах фланців і пакетів кільцевих мембран, згідно винаходу, пакети кільцевих мембран 7/о установлені з зазором відносно один одного і кожний з них закріплений на фланцях окремо власними пальцями, причому пальці кожного наступного пакета кільцевих мембран зміщені в напрямі по колу відносно пальців попереднього пакета кільцевих мембран на кут, який меньший центрального кута між двома суміжними пальцями одного пакета кільцевих мембран.

Переважно кут зміщення пальців попереднього і наступного пакетів кільцевих мембран може дорівнювати 7/5 половині центрального кута між двома суміжними пальцями одного пакета кільцевих мембран.

Поставлена задача вирішується, згідно з винаходом, з більшим ефектом, коли кожний пакет кільцевих мембран обладнаний пакетами гнучких пластин з отворами, причому, кількість пакетів гнучких пластин дорівнює половині числа пальців, якими закріплений відповідний пакет кільцевих мембран, а кожний пакет гнучких пластин закріплений своїми кінцями на двох суміжних пальцях з їх числа.

В необхідних випадках пакети гнучких пластин установлюються з обох боків відповідного пакета кільцевих мембран і закріплюються своїми кінцями на сумісних пальцях.

Розміщення пакетів кільцевих мембран між фланцями з зазором відносно один одного в поєднанні з принципом окремого кріплення кожного з пакетів кільцевих мембран власними пальцями, які зміщені в напрямі по колу викладеним вище способом, забезпечують рішення поставленої задачі з якісно іншим результатом. З сч одного боку, при такому конструктивному виконанні муфти для кріплення одного пакета кільцевих мембран в усіх випадках досить чотирьох отворів. Це дозволяє за рахунок збільшення відстані між двома суміжними отворами, і) що приводить до значного збільшення довжини гнучкої робочої ділянки кільцевої мембрани, суттєво знизити величини напруги від деформацій у них в усіх діапазонах роботи муфти при однакових величинах компенсуючої здатності в порівнянні з традиційними конструкціями муфт. З другого боку, таке виконання муфти забезпечує с зо достатньо просту можливість установки між фланцями не тільки двох, але і більшої кількості більш тонких по товщині пакетів кільцевих мембран, тобто з меншою кількістю мембран в пакеті. При цьому така роздільна о установка пакетів кільцевих мембран дозволяє працювати їм у паралельному режимі, тобто кожний з пакетів б передає тільки частину від повного крутильного моменту для муфти в цілому. Наприклад, для муфти з двома пакетами кільцевих мембран кожний з них передає половину крутильного моменту від номінального, а при трьох ісе) з5 пакетах кільцевих мембран кожний з них передає тільки третю частину номінального крутильного моменту для «г муфти в цілому. При цьому величини напруги від деформацій в крайніх кільцевих мембранах пакета також знижуються із-за зменшення товщини останнього. Нарешті, кріплення одного пакета кільцевих мембран у всіх випадках чотирма пальцями дозволяє змінити характер самого згинання пакета кільцевих мембран, нагадуваного з визначеними допущеннями роботу карданного шарніра, в якому пакет деформується по лінії « діаметра. Кутове зміщення пакетів кільцевих мембран відносно один одного розводить лінії деформацій між з с собою на цей кут, що дозволяє відійти від резонансних коливань муфти в роботі. Чим більший кут зміщення пакетів одного відносно другого в напрямі по колу, тим краще вібраційний стан муфти. Зміщення ж пакетів ;» кільцевих мембран одного відносно іншого на половину центрального кута є просто більш технологічно кращим.

Всі ці заходи знижують величини напруги від деформацій у кільцевих мембранах при однаковій компенсуючій

Здатності муфти у порівнянні з прототипом, або при збереженні однакових величин напруг від деформацій їх суттєво збільшують компенсуючу здатність муфти в кутовому і осьовому напрямі, а також у значній мірі знижує її осьову жорсткість і реактивний момент від кутового зміщення з'єднуваних валів.

Ме. Суттєво, що при такому конструктивному виконанні забезпечується можливість установки додаткових пакетів со гнучких пластин, які беруть на себе частину зусиль по передачі крутильного моменту. Внаслідок цього муфта 50р Може передавати номінальний крутильний момент тільки в один бік, а за рахунок відсутності пакетів гнучких о пластин на ділянках кільцевих мембран, які не передають крутильний момент, осьова жорсткість і реактивний

Із момент від кутового зміщення муфти ще більше зменшуються. При цьому зменшується маса обертових частин муфти і економиться використання застосовуваного для виготовлення гнучких пластин матеріалу, який дорого коштує.

Позначені переваги проявляються ще значно більше в випадку виконання пружної муфти, згідно з винаходом, в здвоєному варіанті, тобто з використанням проміжного валу. Таким чином, конструктивна

Ф) відмінність пружної муфти, яка заявляється, дозволяє радикально вирішити поставлену задачу по зниженню ка робочих напруг від деформацій у кільцевих мембранах і (або) одночасно підвищити її компенсуючу здатність у діапазоні межових радіальних, кутових і осьових зміщень з'єднуваних валів. во Сутність винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображено: на фіг.1 - поздовжній розріз пружної дворядної муфти (по Б-Б на фіг.2); на фіг.2 -поперечний переріз по А-А на фіг. 1 (1-й варіант); на фіг.З - поперечний переріз по А-А на фіг.1 (другий варіант); на фіг.4 - поперечний переріз трьохрядної муфти; на фіг. 5 - поздовжній розріз пружної дворядної муфти з пакетами гнучких пластин (по Г-Г на фіг.б);.на фіг.б - поперечний переріз по В-В на фіг.5; на фіг.7 - вузол пакета кільцевих мембран із двобічним розташуванням б5 пакетів гнучких пластин.

Приклад виконання пружної муфти, згідно з винаходом, поданий нижче в декількох варіантах: дворядна муфта з кутом зміщення пальців пакетів кільцевих мембран відповідно 52,5" і 457; пружна трьохрядна муфта; пружна дворядна муфта з пакетами гнучких пластин.

Пружна дворядна муфта включає фланець 1 (фіг.1) ведучої напівмуфти і фланець 2 (фіг.1) веденої напівмуфти або це може бути фланець проміжного вала для конструкції муфти в здвоєному варіанті. Між цими фланцями з зазором "а" (фіг.1) установлені два пакети З, 4 кільцевих мембран (фіг.1 і 2) з отворами, розміщеними на одному радіусі. Пакети З і 4 (фіг.2) набрані з кільцевих мембран, у яких між отворами і симетрично їм виконані вибірки по радіусу. В отворах пакетів З і 4 кільцевих мембран (фіг. 112) ів отворах фланців 1 і 2 (фіг.1) установлені пальці 5 і 6 (фіг.1 і 2), які мають ступінчасту форму і обладнані 7/0 притисними шайбами. За допомогою цих пальців 5, б пакети 3, 4 кільцевих мембран закріплені на фланцях окремо таким чином. Пакет З кільцевих мембран (фіг.1 і 2) закріплений на фланцях 1 і 2 (фіг.1) чотирма власними пальцями 5 (фіг.1 і 2), при цьому вони чергуються в напрямі по колу, з'єднуючи пакет З поперемінно, то з фланцем 1 (фіг.1), то з фланцем 2 (фіг.1). Пакет 4 кільцевих мембран (фіг.1 і 2) також окремо і незалежно від суміжного пакета З кільцевих мембран закріплений на фланцях 1 і 2 чотирма власними пальцями 75 8 (фіг1 ії 2), для чого останні зміщені в напрямі по колу відносно пальців 5 (фіг.2) на кут 52,57 при центральному куті між суміжними пальцями одного пакета кільцевих мембран 90". Пальці 6 (фіг.1 і 2), також чергуються в напрямі по колу з'єднуючи пакет 4 кільцевих мембран (фіг.1 і 2) поперемінно, то з фланцем 1 (фіг.1 ії 2), то з фланцем 2 (фіг.1 і 2). На фіг. З зображений другий варіант виконання пружної дворядної муфти, при якому кут зміщення пальців 6 (фіг.3) відносно пальців 5 складає 45" (половину центрального кута

Між двома суміжними пальцями 5 і 6). В решті її конструкція в повній мірі відповідає викладеному вище.

Конструкція пружної трьеохрядної муфти у своїй відмінній частині від вищевикладеного ілюструється фіг.4. В такій муфті, у точній подобі з пакетами З і 4 кільцевих мембран, установлений третій пакет 7 кільцевих мембран. Він закріплений на фланцях окремо від других двох подібних пакетів власними пальцями 8. В цьому випадку кут зміщення пальців 8 відповідно пальців б, а останніх відповідно пальців 5 складає 30". Пальці 8 сч г Знову ж чергуються в напрямі по колу, закріплюючи пакет 7 кільцевих мембран поперемінне на одному та другому фланцях. і)

Слідуючий варіант конструкції пружної муфти, згідно винаходу, ілюструється фіг.5 і 6. Пружна муфта включає розташовані між фланцями 1 і 2 (фіг.5 і 6) пакети З і 4 кільцевих мембран, які закріплені на фланцях 1 ї 2 (фіг.5 і 6) власними пальцями 5 і б (фіг.5 і 6). При цьому взаємне розташування пакетів кільцевих с зо мембран, способи їх закріплення на фланцях, включаючи і зміщення пальців, виконано у точній подобі відносно раніш описаному прикладу пружної дворядної муфти. Але в цьому випадку пакети З і 4 кільцевих мембран (фіг.5 о і б) додатково оснащені пакетами 9 і 10 гнучких пластин із отворами (фіг.5 і 6). З урахованням того, що Ге! кожний пакет кільцевих мембран кріпиться до фланців чотирма пальцями, то кожний з них оснащений двома пакетами гнучких пластин. Пакети 9 і 10 гнучких пластин (фіг.5 і 6) розташовані з одного і того ж боку ісе) відповідних пакетів З і 4 кільцевих мембран. При цьому пакети 9 гнучких пластин (фіг.5 і 6) закріплені окремо «Е на двох суміжних пальцях 5 (фіг.5 і 6), а пакети 10 - кожний на двох суміжних пальцях 6 (фіг.5 і 6).

В необхідних випадках пакети гнучких пластин доцільно установлювати з обох боків відповідного пакета кільцевих мембран, як це показано на фіг.7, де окремо зображений вузол одного пакета кільцевих мембран. При такому виконанні додаткова пара пакетів 11 гнучких пластин розташована з другого боку пакета З кільцевих « мембран, і закріплена своїми кінцями на сумісних із пакетами 9 гнучких пластин пальцях 5, чим забезпечується з с їх симетричне розташування.

Пружна муфта працює таким чином. ;» Крутильний момент від фланця 1 (фіг.1 і 5) ведучої папівмуфти через пальці 5 і 6 (фіг.1 і 5), а також в трьохрядному варіанті муфти і через палець 8 (фіг.4) передається на пакети З і 4 кільцевих мембран (фіг.1 і 5), а також і на пакет 7 (фіг.4). Останні, пружно деформуючись при цьому, передають крутильний момент їх фланцю 2 (фіг.1 і 5).

Аналогічним чином працює пружна муфта, в якій пакети кільцевих мембран оснащені додатковими пакетами

Ме, 9 ії 10 гнучких пластин (фіг.5 і 6), а також пакетом 11 гнучких пластин (фіг.7). При такому виконанні пружна со муфта має найменшу осьову жорсткість і реактивний момент від кутового зміщення, що найкраще виявляється 5о на роботі підшипникових вузлів і динамічному стані з'єднуваних валів (роторів) агрегатів. о Як в момент пуску, так і в процесі роботи компенсування осьових і кутових зміщень з'єднуваних муфтою

Ге валів відбувається за рахунок згину робочої ділянки кільцевих мембран пакетів 3, 4, 7 (фіг.1, 4, 5), а також пакетів 9, 10, 11 гнучких пластин (фіг.5, 6, 7). При цьому величини напруг у пакетах кільцевих мембран від кутових і осьових деформацій розподіляються ефективніше на більшу кількість пакетів і пальців, що значно в Знижує їх величини в порівнянні з муфтами традиційної конструкції.

Конструкція пружної муфти, згідно з винаходом, володіє в порівнянні з прототипом такими технічними (Ф, перевагами: забезпечує зниження напруг в кільцевих мембранах при однакових величинах допустимих зміщень ка з'єднуваних валів; високі компенсуючі властивості в діапазоні межових величин напруг від кутових і осьових зміщень з'єднуваних валів; має найменшу осьову жорсткість і реактивний момент від кутових зміщень валів, що во найкраще виявляється на роботі підшипникових опор в динамічному стані з'єднуваних валів; простота і надійність конструкції, зниження обертових мас, економія матеріалів, які дорого коштують.

Claims (4)

Формула винаходу б5 2, о, ,

1. Пружна муфта, що включає розташовані між фланцями принаймні два пакети кільцевих мембран з отворами, розміщеними на одному радіусі, причому кожний пакет кільцевих мембран закріплений на фланцях по черзі в напрямі по колу за допомогою пальців, установлених в отворах фланців і пакетів кільцевих мембран, яка відрізняється тим, що пакети кільцевих мембран установлені з зазором відносно один одного і кожний з них закріплений на фланцях окремо власними пальцями, причому пальці кожного наступного пакета кільцевих мембран зміщені в напрямі по колу відносно пальців попереднього пакета кільцевих мембран на кут, який менший центрального кута між двома суміжними пальцями одного пакета кільцевих мембран.

2. Пружна муфта за п. 1, яка відрізняється тим, що кут зміщення пальців попереднього і наступного пакетів кільцевих мембран дорівнює половині центрального кута між двома суміжними пальцями одного пакета 7/0 кільцевих мембран.

З. Пружна муфта за пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що кожний пакет кільцевих мембран обладнаний пакетами гнучких пластин з отворами, причому кількість пакетів гнучких пластин дорівнює половині числа пальців, якими закріплений відповідний пакет кільцевих мембран, а кожний пакет гнучких пластин закріплений своїми кінцями на двох суміжних пальцях з їх числа.

4. Пружна муфта за п. З, яка відрізняється тим, що пакети гнучких пластин установлені з обох боків відповідного пакета кільцевих мембран і закріплені своїми кінцями на суміжних пальцях. с щі 6) с «в) (о) (Се) «

- . и? щ» (о) се) («в) Ко) іме) 60 б5